Kierreputki toimii kriittisenä kanavana korkean{0}}lämpötilan sulan raudan kanavoinnissa. Käytön aikana se altistuu voimakkaalle hankaukselle, eroosiolle ja korkean lämpötilan sulan raudan ja kuonan aiheuttamalle tunkeutumiselle, vaan myös voimakkaalle lämpöiskulle, joka johtuu koputusprosessin ajoittaisesta luonteesta. Tehostetut masuunisulatustoiminnot ovat johtaneet korkeampiin laskulämpötiloihin, lisääntyneisiin sulan raudan virtausnopeuksiin, suurempiin kierreraudan ja kuonan määriin ja pitkittyneisiin laskujaksoihin; tämän seurauksena kierreputkissa käytettävien tulenkestävän materiaalin käyttöolosuhteet ovat tulleet yhä vaativammiksi. Eräänlaisena monoliittisena tulenkestävänä materiaalina, joka on erityisesti suunniteltu masuunien kierreputkia varten, kierrereikätulenkestävät valukappaleetosuus on yli 70 % kaikesta masuunin tulisijaalueella kulutetusta tulenkestävästä materiaalista. Lisäksi näissä valukappaleissa käytetty sideaine määrää suoraan kierteen tuoton, tulenkestävien materiaalien ominaiskulutuksen tuotettua rautaa kohden ja tulisijan sivutoimintojen yleisen turvallisuuden; Näin ollen sideaineiden valinta ja optimointi on noussut ensisijaiseksi painopisteeksi tehokkaiden -kierrevalujen tutkimuksessa ja kehittämisessä.
1.1 Puhdas kalsium-aluminaattisementti
PuhdasKalsium-aluminaattisementti(CAC) on hydraulinen sideaine, joka tuotetaan korkean lämpötilan-sintrauksella tai-sähköisessä uunissa sähkö-sulattamalla erittäin-puhtaat kalsiumoksidia ja teollisuusalumiinioksidia. Sen kemiallinen koostumus koostuu pääasiassa Al2O3:sta ja CaO:sta, ja Al2O3-massaosuus vaihtelee tyypillisesti välillä 70 % - 80 %. Tärkeimmät CAC:n hydraulisista ominaisuuksista vastaavat kiteiset faasit ovat monokalsiumaluminaatti (CA) ja dikalsiumaluminaatti (CA₂)-, vaikka dodekakalsiumhepta-aluminaattifaasi (C12A₇) esiintyy myös ultra-AC-muunnelmassa{.11}}korkeassa alumiinissa{.11}}. Tämän koostumuksen ansiosta CAC voi paitsi antaa erinomaisia mekaanisia ominaisuuksia monoliittisille tulenkestävälle materiaalille, myös antaa niille erinomaisen suorituskyvyn korkeissa lämpötiloissa; näin ollen se on tällä hetkellä laajalti käytetty sideaine monoliittisissa tulenkestävissä materiaaleissa, kuten kierrereikävaluissa. CAC:lla sidotut valut vaativat kunnollisen kovetusprosessin, jotta hydraatiotuotteet kovettuvat täydellisesti ja kovettuvat. Erityisesti CAC:n muodostamat spesifiset hydraatiotuotteet vaihtelevat riippuen käytetystä kovetuslämpötilasta. Kun kovetus suoritetaan alle 20 asteen lämpötiloissa, tuloksena oleva hydraatiotuote koostuu neulasta{18}}monokalsiumaluminaattidekahydraatista (CAH10). 21-35 asteen välillä primaariset hydrataatiotuotteet ovat neulamaisia-ja-lamellaariselle dikalsiumaluminaattioktahydraatille (C2AH8); yli 36 astetta, hallitseva tuote on rakeinen trikalsiumaluminaattiheksahydraatti (C3AH6). Nämä neulamaiset-neulamaiset---ja rakeiset hydraatiotuotteet menevät päällekkäin ja kietoutuvat muodostaen verkostorakenteen, mikä antaa valukappaleelle korkean vihreän lujuuden kovetusprosessin jälkeen. Puhdasta kalsiumaluminaattisementtiä valittaessa on myös oleellista ymmärtää sen eri ainesosien hydraatio-ominaisuudet. Eri faasit osoittavat suuresti erilaisia hydrataatiolämpöjä ja kovettumis- ja kovettumisnopeuksia. Yleensä mitä pienempi tietyn kalsiumaluminaattimineraalifaasin hydrataatiolämpö on, sitä nopeampi on sen hydraatiotuotteiden kovettumis- ja kovettumisnopeus.
1.2 Hydratoitu alumiinioksidi
Refractory materials for blast furnace tapholes typically utilize Al2O3-SiC-C based castables. Since the primary aluminum-bearing raw materials employed are various forms of corundum and high-grade bauxite, hydratable alumina (HA) serves as an effective binder for these refractory castables. HA is an amorphous, transitional alumina phase-specifically ρ-Al2O3-characterized by a high specific surface area (>150 m²/g). Chemically reactive, it undergoes a hydration-induced gelation reaction upon contact with water or water vapor, generating gels of pseudo-boehmite (AlOOH·nH2O, where n = 0.08–0.62) and boehmite (γ-AlOOH). This gelation process is accompanied by significant volume expansion, which helps reduce the porosity within the cast body's structure; ultimately, these gels transform into crystalline bayerite (Al(OH)3). The gelation process typically results in setting and hardening within a timeframe of less than one hour (at temperatures >25 astetta), sitoen siten aineosat yhteen ja muodostaen vihreää lujuutta. Näin ollen, aivan kuten kalsiumaluminaattisementti (CAC), HA luokitellaan hydrauliseksi sideaineeksi. On huomattava, että kiteisen bayeriitin muodostuminen riippuu voimakkaasti hiukkaskoosta, hydrataatiolämpötilasta, reaktioajasta ja pH-arvosta.
1.3 Silica Sol sideaineet
CaO:n läsnäolo sementti{0}}sidotuissa valukappaleissa johtaa ongelmaan, jossa nestefaasin tilavuus kasvaa korkeissa lämpötiloissa. Tästä syystä monet tulenkestävien materiaalien alan tutkijat ovat harkinneet erilaisten CaO-vapaiden sideaineiden käyttöä. Hydratoidun alumiinioksidin (HA) lisäksi muita CaO-vapaita sideaineita, jotka herättävät yhä enemmän huomiota, ovat erilaiset kolloidiset sideaineet tai -soolit-, kuten SiO2-sooli, Al2O3-sooli, kolloidinen spinelli ja kolloidinen mulliitti. Tällä hetkellä laajimmin käytetty ja teknisesti kypsin kalsium-vapaa sideaine on silikasooli. Toisin kuin muut sideaineet, itse soolin luontainen stabiilius toimii perusedellytyksenä sen sitoutumiskyvylle. Piidioksidisolissa olevien kiinteiden kolloidisten hiukkasten pinnat saavat sähkövarauksen pinnan funktionaalisten ryhmien dissosioitumisen tai tiettyjen ionien selektiivisen adsorption kautta ympäröivästä liuoksesta. Varauksen neutraaliuden säilyttämiseksi näiden varautuneiden hiukkasten välittömässä läheisyydessä olevan liuoksen on sisällettävä vastaava määrä vasta-ioneja, joissa on kiinteän pinnan varauksen vastainen varaus. Varautuneen hiukkasen pinnan ja viereisen liuoksen välinen rajapinta muodostaa "sähköisen kaksoiskerroksen": yksi komponentti on kiinteä kerros, joka on suorassa kosketuksessa kiinteän hiukkasen pinnan kanssa -joka tunnetaan nimellä "kompakti kerros" tai "peräkerros"-, kun taas loppuosa (joka ulottuu liukutustasosta ulospäin) muuttuu yhtä suureksi liuoksen pisteeseen, jossa negatiivinen konsentraatio erottuu. kerros."
Although refractory castables bonded with silica sol exhibit significantly enhanced mechanical strength following high-temperature sintering (>1000 astetta) verrattuna hydraulisilla sementeillä (kuten CAC ja HA) liitettyihin, sintraamattomien (tai matalan lämpötilan lämpö-käsiteltyjen) valukappaleiden raakalujuus on huomattavasti pienempi.
1.4 Alumiinioksidin sideaineet
Toisin kuin piidioksidisolilla, alumiinioksidisolilla ja siihen liittyvillä hyytymis- ja kovettumiskäyttäytymiselle on tehty vähemmän tutkimuksia. Lisäksi suurin osa julkaistuista tutkimustuloksista koskee yksinomaan sub-mikronisia alumiinioksidisuspensioita nanomittakaavan alumiinioksidisoolien sijaan. Tämä viittaa siihen, että nykyiset tulokset eivät välttämättä sovellu suoraan nanomittakaavan sooleihin. Alumiinioksidisuspensiossa olevien hiukkasten pintavaraus määräytyy pH-arvon, kiintoainepitoisuuden ja suspension stabiloimiseen käytettyjen spesifisten elektrolyyttien perusteella. Puhtaissa alumiinioksidisuspensioissa, kun alumiinioksidin pitoisuus kasvaa, pintavaraus siirtyy positiivisesta negatiiviseksi. Kun suspensiokonsentraatio kasvaa edelleen, myös negatiivisen nettovarauksen suuruus kasvaa. Alumiinioksidisuspensioiden "stabilointi-flokkulaatio" -mekanismi ympäristön lämpötilassa.
