Aplikasi Kyanit, Andalusit, dan Sillimanit dalam Refractory Monolitik

Di bidang bahan nonlogam dan bahan tahan api, khususnya bahan tahan api, kyanite, sillimanite, dan andalusite secara kolektif disebut sebagai "tiga mineral", yang semuanya termasuk dalam bahan baku mineral alumina tinggi.

Aplikasi utama ketiga mineral ini dalam refraktori monolitik meliputi: (1) sebagai agregat tahan api, seperti penggunaan andalusit kasar sebagai agregat tahan api; (2) sebagai bubuk tahan api, seperti menggunakan konsentrat andalusit dan sillimanit sebagai bubuk; (3) sebagai bahan tambahan, terutama digunakan sebagai bahan pemuai. Di antara ketiga mineral tersebut, kyanite adalah yang paling banyak digunakan. Hal ini karena nilai ekspansi yang terkait dengan reaksi mulitisasi kyanite adalah yang tertinggi, menjadikannya bahan ekspansi yang sangat baik untuk refraktori monolitik, membantu mengimbangi penyusutan refraktori pada suhu tinggi dan meningkatkan kinerja suhu tinggi.

I. Penerapan Tiga Mineral dalam Castable Tahan Api

Studi terbaru mengenai penerapan tiga mineral dalam bahan tahan api telah berfokus pada empat bidang utama:

1. Penerapan Kyanite pada Castable Tahan ApiMenambahkan kyanite ke castables terutama melibatkan penggunaan kyanite yang bersumber dari Hushan dan Shuyang, dengan kyanite dari Tongbai menunjukkan nilai ekspansi tertinggi, sehingga sangat cocok sebagai agen ekspansi dalam refraktori monolitik. Ketika kyanite dari Nanyang ditambahkan ke ladle castables, hal ini meningkatkan laju perubahan linier dari castables, menghilangkan retakan penyusutan yang dapat terjadi selama penggunaan dan pendinginan suhu tinggi, sehingga memperpanjang umur material. Dalam praktiknya, dengan perbaikan yang diperlukan pada bagian bawah sendok, satu sendok dapat digunakan untuk 1.200 hingga 1.300 siklus. Castable alumina tinggi yang diformulasikan dengan kyanite sebagai bahan ekspansi menunjukkan perubahan linier pasca pembakaran yang lebih baik. Tanpa kyanite, perubahan linier pasca pembakaran semuanya negatif dan meningkat seiring suhu. Pada 1.300°C suhunya -0,09% dan pada suhu 1.500°C suhunya -1,05%. Namun, ketika kyanite ditambahkan, penyusutannya berkurang atau menjadi ekspansi positif; untuk kadar kyanit yang berbeda (0,175 mm atau 0,09 mm) yang ditambahkan sebesar 8% atau 10%, bahan pengecoran menunjukkan nilai positif pada suhu antara 1.300°C dan 1.500°C, yang secara efektif mengimbangi penyusutan suhu tinggi sekaligus menunjukkan pemuaian. Dalam produksi, pemilihan ukuran partikel konsentrat kyanite yang sesuai memastikan penyusutan minimal (atau sangat sedikit) pada suhu tinggi, sekaligus mempertahankan kekuatan tinggi. Umumnya, ukuran partikel 0,174–0,074 mm dianggap sedang.

2.Dampak Penambahan Andalusite pada Properti Castable(1)Penerapan Andalusit pada Material Palung Besi

(1) Dengan pengoperasian tanur sembur skala besar, kekuatan gerusan besi cair dan terak meningkat, terutama di bak utama di mana kondisi kerja menjadi semakin keras, yang mengakibatkan berkurangnya masa hidup. Andalusite digunakan dalam produksi material bak utama untuk meningkatkan kinerjanya. Tergantung pada kebutuhan penggunaan yang berbeda, ukuran partikel yang berbeda (0–1 mm, 0,074 mm) Andalusit ditambahkan ke bak besi cor, yang membantu mengurangi porositas dan meningkatkan kekuatan tekan pada suhu kamar, sehingga meningkatkan stabilitas guncangan termal. Semakin baik kualitas andalusit, semakin unggul kinerjanya pada suhu tinggi. Bahan pengecoran dengan tambahan andalusit dapat menghasilkan produksi besi tunggal sebesar 80.000 hingga 120.000 ton dari tanur sembur 250 m³, dengan perbaikan dan penambalan di antaranya, sehingga menghasilkan umur besi melebihi 1,5 juta ton dan mengurangi biaya produksi. Mekanisme ini terutama memanfaatkan dekomposisi andalusit pada suhu tinggi untuk menghasilkan sejumlah mullite dan fase cair, yang meningkatkan stabilitas kejutan termal dan suhu pelunakan di bawah beban bahan cor. Fase cair yang dihasilkan tidak hanya mendorong sintering untuk mengikat erat matriks dan agregat tetapi juga mengisi rongga, mengurangi porositas dan meningkatkan kekuatan tekan bahan cor.

(2)Pra-perawatan Pistol Desulfurisasi dengan CastablesSenjata desulfurisasi mengalami perubahan suhu yang ekstrem, di mana kerusakan biasanya timbul akibat retakan tekanan termal, bukan erosi. Meningkatkan ketahanan guncangan termal pada castables membantu mencegah keretakan dan pengelupasan pada badan senjata. Menambahkan andalusit mengkompensasi penyusutan, memastikan stabilitas volume dan meningkatkan kinerja. Dalam uji coba di pabrik baja di Ningbo, senjata tersebut mencapai lebih dari 200 siklus dengan perbaikan minimal.

1. Dampak Penambahan Sillimanite dan Kyanite pada Properti CastableMenambahkan sillimanite atau kombinasi konsentrat sillimanite dan kyanite ke dalam castable akan meningkatkan perubahan linier pasca-pembakaran. Hal ini juga secara signifikan mempengaruhi suhu pelunakan di bawah beban dan kekuatan tekan. Konsentrat sillimanite bermutu tinggi menghasilkan efek yang lebih nyata. Misalnya, menggunakan sillimanite dengan kandungan Al2O3 59% dan bauksit kelas satu sebagai agregat, suhu pelunakan (4%) melebihi 1.600°C; sedangkan penggunaan sillimanite dengan 48% Al2O3 mengurangi suhu pelunakan, seperti yang terlihat pada sampel SC-12 pada 1,565°C.

2. Dampak Penambahan Serbuk Mineral Komposit Sillimanit dan Andalusit Alami terhadap Sifat CastableMemasukkan bubuk mineral komposit meningkatkan ketahanan guncangan termal dari bahan castable dan mengurangi perubahan linier pasca-pembakaran. Penambahan bubuk mineral komposit sillimanite dan andalusit alami secara tepat ke dalam castable castable dengan semen rendah dan alumina tinggi akan menghasilkan perbaikan pada indikator teknis utama. Hal ini terutama disebabkan oleh pembentukan mullite yang signifikan di dalam matriks. Serbuk mineral komposit membentuk fase cair pada suhu lebih rendah (1.000–1.300°C), memfasilitasi pembentukan mullit in-situ dan mullit sekunder, sehingga berdampak positif terhadap kinerja bahan pengecoran. Jumlah penambahan optimal untuk bubuk mineral komposit adalah sekitar 5%. Secara historis, kyanite terutama digunakan sebagai bahan ekspansi untuk mengimbangi penyusutan pada bahan tahan api. Namun seiring dengan meningkatnya pemahaman, kombinasi andalusit, sillimanite, atau ketiga mineral tersebut secara efektif meningkatkan kualitas bahan berbasis Al2O3-SiO2, berlaku untuk refraktori berbentuk dan tidak berbentuk.

II. Penerapan Tiga Mineral dalam Plastik Tahan Api

Dalam plastik tahan api, membandingkan sampel dengan dan tanpa kyanite menunjukkan bahwa kyanite menunjukkan perubahan linier yang lebih besar setelah pembakaran pada suhu 1.400°C, yang menunjukkan peningkatan ekspansi, yang menguntungkan stabilitas kerangka struktural dan mengurangi retak dan pengelupasan. Perubahan linier pada suhu 1.600°C menunjukkan sedikit perluasan dibandingkan dengan perubahan linier pada suhu 1.400°C.

AKU AKU AKU. Penerapan Tiga Mineral dalam Bahan Rammed Tahan Api

Setelah penambahan ketiga mineral tersebut, perubahan linier pada bahan serudukan alumina tinggi bergeser dari penyusutan ke pemuaian pasca pembakaran. Diantaranya, kyanite menunjukkan efek terbaik, dengan perubahan linier pada 1.400°C meningkat dari -0,40% menjadi +1,60%, menunjukkan peran agen ekspansi dari ketiga mineral tersebut. Namun, penambahan ketiga mineral tersebut tidak berpengaruh signifikan terhadap kekuatan tekan material serudukan alumina tinggi pada suhu 1.400–1.500°C, karena kyanite dan andalusite terurai dengan cepat dan tidak sepenuhnya termulitisasi pada tahap suhu ini.

IV. Penerapan Tiga Mineral dalam Bahan Penyemprotan Tahan Api

Bahan penyemprotan tahan api adalah bahan tahan api amorf yang diaplikasikan menggunakan alat pneumatik. Terdiri dari agregat tahan api, bubuk, dan pengikat (atau aditif), mereka diklasifikasikan menjadi bahan penyemprotan ringan, sedang, dan berat berdasarkan kepadatan curah. Bahan penyemprot ringan (0,5–1,39 g/cm³) biasanya digunakan sebagai pelapis insulasi, sedangkan bahan sedang dan berat (masing-masing 1,3–1,8 g/cm³ dan lebih besar dari 1,89 g/cm³) dapat berfungsi sebagai pelapis kerja pada suhu rendah hingga sedang. tempat pembakaran. Berbagai jenis bahan penyemprotan tahan api digunakan di daerah seperti bagian atas tanur sembur, ruang bakar kompor sembur panas, ruang regenerator, ruang pencampuran, dan berbagai dinding bagian dalam saluran udara panas, berfungsi untuk mengisolasi, menahan panas, meningkatkan gas- kekencangan, dan melindungi kulit besi tungku. Tungku sembur terbesar di Tiongkok (dengan volume lebih besar dari 5.500 m³) juga menggunakan bahan penyemprotan tahan api. Pengenalan ketiga mineral tersebut tidak hanya meningkatkan laju perubahan linier bahan penyemprotan tahan api tetapi juga meningkatkan kinerja material dengan memperkenalkan fase mullite baru. Mineral yang ditambahkan dapat berupa jenis tunggal maupun komposit. Baik pada bahan penyemprotan tahan api maupun bahan cor, penambahan ketiga mineral tersebut memberikan hasil yang positif. Tergantung pada persyaratan khusus untuk refraktori berbentuk atau tidak berbentuk, jenis atau tipe komposit yang sesuai dari ketiga mineral tersebut harus dipilih.

V. Penerapan Tiga Mineral dalam Bubur Tahan Api

Dengan berkembangnya refraktori tak berbentuk, slurry refraktori telah mengalami kemajuan luas dalam penelitian dan pengembangan, produksi, dan pengujian. Seiring dengan meluasnya cakupan aplikasi bubur tahan api, bubur konvensional tidak lagi dapat sepenuhnya memenuhi persyaratan konstruksi tanur. Penggabungan kyanite memainkan peran penting dalam bubur tahan api baru. Dengan menambahkan konsentrat kyanite ke dalam slurry, reaksi mulitisasi mengkompensasi penyusutan pada suhu tinggi.

VI. Penerapan Tiga Mineral pada Bagian Pracetak Blok Terak Kekuatan Tinggi

Pada komponen pracetak blok terak berkekuatan tinggi untuk saluran penyadapan tanur sembur, penambahan zat ekspansi memungkinkan material mengembang secara seragam pada berbagai suhu, terutama dalam kisaran 1000 hingga 1500°C. Ekspansi ini mengkompensasi atau mengurangi penyusutan yang terjadi pada tahapan temperatur yang berbeda. Penggunaan bahan ekspansi dapat mengisi retakan mikro yang disebabkan oleh penyusutan matriks dan tekanan internal, sehingga meningkatkan stabilitas volume material.

Singkatnya, berbagai jenis bahan tahan api amorf, seperti bahan cor, plastik, bahan serudukan, dan bubur tahan api, menggunakan tiga mineral—andalusit, kyanit, dan sillimanit—pada tingkat yang berbeda-beda, dengan kyanit yang paling banyak digunakan. Mekanisme utamanya melibatkan penguraian mineral-mineral ini pada suhu tinggi, menghasilkan pemuaian volume akibat reaksi mulitisasi, yang mengkompensasi penyusutan bahan tahan api amorf pada suhu tinggi. Proses ini menghasilkan ekspansi linier positif, mengurangi pengelupasan struktural, dan meningkatkan stabilitas volume material.

Selain itu, penguraian ketiga mineral ini memberikan kontribusi positif terhadap suhu pelunakan beban dan kekuatan material. Agen ekspansi lain untuk bahan tahan api amorf termasuk kuarsa (SiO2), yang juga mengkompensasi penyusutan suhu tinggi melalui transformasi fase, terutama ekspansi yang terkait dengan transformasi α-kuarsa (kuarsa suhu tinggi) menjadi β-kuarsa, karena transisi ini menunjukkan perubahan volume yang paling signifikan.

Namun, kyanite mengungguli kuarsa dalam aplikasi ini. Kyanite memberikan nilai ekspansi yang relatif lebih besar dan, setelah terurai, menghasilkan kristal mullite yang menguntungkan kinerja material pada suhu tinggi. Akibatnya, kyanite umumnya digunakan sebagai bahan ekspansi pada bahan tahan api amorf, baik sendiri atau dikombinasikan dengan andalusit atau sillimanite.

Penggunaan kyanite, andalusite, dan sillimanite secara efektif melalui reaksi mulitisasinya dapat meningkatkan sifat material secara signifikan. Pemilihan kadar, dosis, dan ukuran partikel yang cermat berdasarkan suhu pengoperasian sangatlah penting; jika tidak, hal ini dapat menyebabkan kerusakan internal, menyebabkan retakan ekspansi dan mengurangi kepadatan dan kekuatan material.

Metode ini memanfaatkan dekomposisi dan reaksi ekspansi yang menyertai ketiga mineral tersebut, serta ekspansi yang terkait dengan transformasi fase kuarsa, untuk mengkompensasi penyusutan suhu tinggi pada bahan tahan api amorf dan meningkatkan stabilitas volume. Namun, manfaat reaksi ekspansi lebih dari itu; misalnya, batu bata dengan rambat rendah dan seri batu bata alumina tinggi yang dimodifikasi yang digunakan dalam tungku ledakan panas menggunakan reaksi ekspansi internal untuk meningkatkan suhu pelunakan beban, ketahanan mulur, dan ketahanan guncangan termal. Oleh karena itu, sangat penting untuk memanfaatkan ketiga mineral ini secara efektif untuk meningkatkan kinerja bahan tahan api.