1. Ưu điểm cốt lõi của cát gốm làm cát độn gầu
Cấu trúc hạt hình cầu
Tính lưu động tuyệt vời: ma sát nhỏ giữa các hạt hình cầu, mật độ lấp đầy cao (mật độ khối 1,6-2,0 g/cm³), có thể nhanh chóng hình thành lớp cát đồng nhất và thoát nước trơn tru hơn khi đổ.
Khả năng chống thấm mạnh: cấu trúc đóng gói chặt chẽ có thể ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của thép nóng chảy và giảm nguy cơ thiêu kết.
Độ chịu lửa và độ ổn định nhiệt cao
Chịu nhiệt ≥ 1750°C (hàm lượng Al₂O₃ 50-90%), có thể chịu được sự ăn mòn ở nhiệt độ cao của thép nóng chảy (1600°C).
Hệ số giãn nở nhiệt thấp (0,5-1,0×10⁻⁶/°C), thể tích ổn định ở nhiệt độ cao, không dễ nứt.
Tính trơ về mặt hóa học
Khả năng chống xói mòn mạnh của thép nóng chảy và xỉ (đặc biệt phù hợp với các loại thép phức tạp như thép có hàm lượng oxy cao và thép không gỉ).
Không giải phóng ra các chất độc hại (như crom hóa trị sáu) và khả năng bảo vệ môi trường tốt hơn so với cát quặng crom.
2. Các bước ứng dụng cát gốm làm cát thoát nước
1. Lựa chọn nguyên liệu thô và xử lý sơ bộ
Kiểm soát kích thước hạt:
Kích thước hạt của cát gốm thường là 0,2-1,0mm và cấp phối được khuyến nghị là:
Các hạt thô (0,7-1,0mm) chiếm 40%
Các hạt trung bình (0,4-0,7mm) chiếm 30%
Các hạt mịn (0,2-0,4mm) chiếm 30%
Để cân bằng tính lưu động và tính chống thấm.
Xử lý sấy:
Trước khi sử dụng cần sấy ở nhiệt độ 200-300°C trong vòng 2-3 giờ để loại bỏ độ ẩm hấp phụ và tránh nổ khi đổ thép nóng chảy.
2. Trộn và chuẩn bị (tùy chọn)
Tối ưu hóa phụ gia:
Thêm 1-2% bột than chì: cải thiện khả năng bôi trơn và giảm ma sát giữa lớp cát và thép nóng chảy.
Thêm 0,5-1% borax: giảm nhiệt độ thiêu kết, thúc đẩy liên kết vừa phải của lớp cát ở nhiệt độ cao và ngăn ngừa sụp đổ sớm.
Độ đồng đều khi trộn:
Sử dụng máy trộn hai trục để trộn trong 5-10 phút để đảm bảo phụ gia được phân phối đồng đều.
3. Nạp đầy vòi rót
Phương pháp nạp:
Bơm cát vào vòi rót đáy thùng (như vòi rót trượt hoặc vòi rót dài) thông qua thiết bị vận chuyển khí nén. Chiều cao nạp thường là 150-250mm, cần rung động nhẹ để nén chặt.
Thiết kế lớp:
Đối với những chiếc muôi lớn, có thể thực hiện đổ đầy theo từng lớp:
Lớp dưới (tiếp xúc với thép nóng chảy): cát đá quý hạt mịn (0,2-0,4mm) để tăng cường khả năng bịt kín.
Lớp trên cùng: cát đá quý hạt thô (0,7-1,0mm) để đảm bảo tốc độ thoát nước.
4. Thiêu kết ở nhiệt độ cao (bước quan trọng)
Quy trình thiêu kết:
Thiêu kết ở nhiệt độ 1000-1200°C trong 30-60 phút để làm nóng chảy nhẹ bề mặt các hạt cát tạo thành “lớp men vi mô”, không chỉ duy trì tính độc lập của các hạt mà còn tăng cường độ bền kết cấu tổng thể để ngăn lớp cát bị sụp đổ do tác động của thép nóng chảy.
5.
Cơ chế thoát nước đổ bằng gầu:
Dưới áp suất tĩnh của thép nóng chảy, lớp cát ở đáy được nung nóng và làm mềm, cát ngọc trai chảy ra cùng với thép nóng chảy theo tính lưu động của nó tạo thành kênh dòng chảy ổn định.
Điều chỉnh lưu lượng:
Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ kích thước hạt (tỷ lệ hạt thô càng cao, lưu lượng càng nhanh), lưu lượng thép nóng chảy ban đầu được kiểm soát để tránh xỉ hỗn loạn.
III. Các điểm chính
Quản lý kích thước hạt
Không được sử dụng bột siêu mịn có kích thước hạt nhỏ hơn 0,1mm vì dễ gây tắc nghẽn tấm bê tông.
Thường xuyên sàng lọc và loại bỏ các mảnh vụn phát sinh trong quá trình sử dụng (khuyến nghị số chu kỳ ≤3 lần).
Khả năng thích ứng với môi trường
Thép có hàm lượng oxy cao: Cần thử nghiệm độ ổn định của cát gốm trong môi trường oxy hóa (hàm lượng Al₂O₃ ≥70% an toàn hơn).
Tinh chế chân không (VD/VOD): Độ bay hơi thấp của cát gốm thích hợp cho môi trường chân không, nhưng nhiệt độ đốt trước cần phải tăng lên 1300°C.
Kiểm soát chi phí
Giá thành đơn vị của cát gốm tương đối cao (khoảng 500 đô la Mỹ/tấn). Có thể giảm chi phí bằng cách trộn với cát rẻ tiền (như cát thạch anh) theo tỷ lệ 7:3, nhưng độ chảy của cát trộn phải đạt tiêu chuẩn.
