รางระบายน้ำทำหน้าที่เป็นช่องทางสำคัญในการขับเหล็กหลอมอุณหภูมิสูง-ออกมา ในระหว่างการปฏิบัติงาน ไม่เพียงแต่จะต้องถูกขัดถู การกัดเซาะ และการแทรกซึมอย่างรุนแรงโดยการไหลของเหล็กและตะกรันหลอมเหลวที่มีอุณหภูมิสูง-เท่านั้น แต่ยังต้องถูกเปลี่ยนแปลงด้วยความร้อนอย่างรุนแรงซึ่งเป็นผลมาจากลักษณะที่ไม่สม่ำเสมอของกระบวนการกรีดอีกด้วย การดำเนินการถลุงเตาถลุงที่เข้มข้นขึ้นได้นำไปสู่อุณหภูมิการกรีดที่สูงขึ้น อัตราการไหลของเหล็กหลอมเหลวที่เพิ่มขึ้น ปริมาณเหล็กเกลียวและตะกรันที่มากขึ้น และระยะเวลาการกรีดที่นานขึ้น ด้วยเหตุนี้ เงื่อนไขการบริการสำหรับวัสดุทนไฟที่ใช้ใน taphole runner จึงมีความต้องการเพิ่มมากขึ้น เป็นวัสดุทนไฟประเภทเสาหินที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับนักวิ่ง taphole ของเตาหลอมเหล็ก tapholeวัสดุทนไฟที่หล่อได้คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 70% ของวัสดุทนไฟทั้งหมดที่ใช้ในพื้นที่เตาหลอมเหล็ก นอกจากนี้ สารยึดเกาะที่ใช้ในวัสดุหล่อเหล่านี้จะกำหนดผลผลิตของการกรีดโดยตรง ปริมาณการใช้วัสดุทนไฟต่อตันของเหล็กที่ผลิตได้ และความปลอดภัยโดยรวมของการทำงานข้างเตา- ดังนั้นการเลือกและการเพิ่มประสิทธิภาพของสารยึดเกาะจึงกลายเป็นจุดสนใจหลักในการวิจัยและพัฒนา- taphole ที่หล่อได้ประสิทธิภาพสูง
1.1 ปูนซิเมนต์แคลเซียมอลูมิเนตบริสุทธิ์
บริสุทธิ์แคลเซียมอลูมิเนตซีเมนต์(CAC) เป็นสารยึดเกาะไฮดรอลิกที่ผลิตโดยการเผา-อุณหภูมิสูงหรือ-เตาไฟฟ้า-การหลอมด้วยแคลเซียมออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงและอลูมินาทางอุตสาหกรรม องค์ประกอบทางเคมีประกอบด้วย Al₂O₃ และ CaO เป็นหลัก โดยมีเศษส่วนมวล Al₂O₃ โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 70% ถึง 80% เฟสผลึกหลักที่รับผิดชอบคุณสมบัติทางไฮดรอลิกของ CAC คือ โมโนแคลเซียมอะลูมิเนต (CA) และไดแคลเซียมอะลูมิเนต (CA₂)-แม้ว่าเฟสโดเดคาแคลเซียมเฮปตา-อะลูมิเนต (C₁₂A₇) ก็มีอยู่ในตัวแปร CAC ของอลูมินา-สูงพิเศษ-เช่นกัน องค์ประกอบนี้ช่วยให้ CAC ไม่เพียงแต่ให้คุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมแก่วัสดุทนไฟเสาหินเท่านั้น แต่ยังช่วยให้วัสดุเหล่านี้มีสมรรถนะที่อุณหภูมิสูงที่เหนือกว่า-อีกด้วย ด้วยเหตุนี้ ปัจจุบันมันจึงเป็นสารยึดเกาะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุทนไฟเสาหิน เช่น taphole castables วัสดุหล่อที่ยึดติดด้วย CAC จำเป็นต้องมีกระบวนการบ่มที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์ไฮเดรชั่นผ่านการตั้งค่าและการแข็งตัวอย่างสมบูรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลิตภัณฑ์ให้ความชุ่มชื้นที่เกิดขึ้นจาก CAC จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในการบ่มที่ใช้ เมื่อทำการบ่มที่อุณหภูมิต่ำกว่า 20 องศา ผลลัพธ์ที่ได้จะประกอบด้วยเข็ม- เช่น โมโนแคลเซียมอะลูมิเนตเดคาไฮเดรต (CAH10) ระหว่าง 21 องศา ถึง 35 องศา ผลิตภัณฑ์ให้ความชุ่มชื้นปฐมภูมิจะมีรสเป็นกรด-ถึง-ลาเมลลาร์ ไดแคลเซียม อะลูมิเนต ออกตะไฮเดรต (C2AH8) ที่อุณหภูมิสูงกว่า 36 องศา ผลิตภัณฑ์ที่โดดเด่นคือ ไตรแคลเซียมอะลูมิเนตเฮกซาไฮเดรตแบบเม็ด (C3AH6) ผลิตภัณฑ์ไฮเดรชั่นแบบเข็ม-ที่มีลักษณะคล้ายเข็ม-ถึง-เป็นลาเมลลาร์และเป็นเม็ดเล็กๆ เหล่านี้ซ้อนทับกันและประสานกันเพื่อสร้างโครงสร้างเครือข่าย ส่งผลให้ตัวหล่อมีความแข็งแรงสีเขียวสูงหลังจากกระบวนการบ่ม เมื่อเลือกซีเมนต์แคลเซียมอลูมิเนตบริสุทธิ์ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าใจคุณลักษณะการให้น้ำของเฟสที่เป็นส่วนประกอบต่างๆ ระยะต่างๆ จะแสดงความร้อนของความชุ่มชื้นและอัตราการแข็งตัวและการแข็งตัวที่แตกต่างกันอย่างมาก โดยทั่วไป ยิ่งความร้อนของไฮเดรชั่นของเฟสแร่แคลเซียมอะลูมิเนตจำเพาะต่ำเท่าไร การเซ็ตตัวและอัตราการแข็งตัวของผลิตภัณฑ์ไฮเดรชั่นก็จะเร็วขึ้นเท่านั้น
1.2 อลูมินาที่สามารถให้ความชุ่มชื้นได้
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 องศา) จึงเชื่อมอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบเข้าด้วยกันและสร้างความแข็งแรงของสีเขียว ด้วยเหตุนี้ HA จึงถูกจัดประเภทเป็นสารยึดเกาะไฮดรอลิกเช่นเดียวกับแคลเซียมอะลูมิเนตซีเมนต์ (CAC) ควรสังเกตว่าการก่อตัวของผลึกไบเยไรต์นั้นขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาค อุณหภูมิการให้น้ำ เวลาในการทำปฏิกิริยา และค่า pH
1.3 สารยึดเกาะซิลิกาโซล
การมีอยู่ของ CaO ในซีเมนต์-แบบหล่อแบบประสานทำให้เกิดปัญหาที่ปริมาตรของเฟสของเหลวจะเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิสูง ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยจำนวนมากในสาขาวัสดุทนไฟจึงได้พิจารณาใช้สารยึดเกาะอิสระ CaO- ต่างๆ นอกจากอลูมินาไฮเดรต (HA) แล้ว สารยึดเกาะอิสระ CaO-อื่นๆ ที่ดึงดูดความสนใจเพิ่มขึ้น ได้แก่ สารยึดเกาะหรือโซลคอลลอยด์ประเภทต่างๆ- เช่น SiO2 โซล, Al2O3 โซล, คอลลอยด์สปิเนล และมัลไลต์คอลลอยด์ ในปัจจุบัน สารยึดเกาะไร้แคลเซียม-ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและเจริญเต็มที่ทางเทคโนโลยีคือซิลิกาโซล ซึ่งแตกต่างจากสารยึดเกาะอื่นๆ ความเสถียรโดยธรรมชาติของตัวโซลเองทำหน้าที่เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นพื้นฐานสำหรับความสามารถในการยึดเกาะ พื้นผิวของอนุภาคคอลลอยด์ที่เป็นของแข็งภายในซิลิกาโซลได้รับประจุไฟฟ้าผ่านการแยกตัวของหมู่ฟังก์ชันของพื้นผิว หรือการดูดซับไอออนเฉพาะจากสารละลายโดยรอบแบบเลือกสรร เพื่อรักษาความเป็นกลางของประจุ สารละลายที่อยู่ติดกับอนุภาคมีประจุเหล่านี้จะต้องมีจำนวนไอออน{13}}ที่เท่ากันซึ่งมีประจุตรงกันข้ามกับประจุของพื้นผิวแข็ง ส่วนต่อประสานระหว่างพื้นผิวอนุภาคที่มีประจุกับสารละลายที่อยู่ติดกันทำให้เกิด "ชั้นไฟฟ้าสองชั้น" ส่วนประกอบหนึ่งเป็นชั้นที่อยู่นิ่งซึ่งสัมผัสโดยตรงกับพื้นผิวอนุภาคของแข็ง-หรือที่เรียกว่า "ชั้นคอมแพค" หรือ "ชั้นสเติร์น"-ในขณะที่ส่วนที่เหลือ (ขยายจากระนาบสลิปออกไปด้านนอกจนถึงจุดในสารละลายปริมาณมากซึ่งมีความเข้มข้นของไอออนบวกและลบเท่ากัน) เรียกว่า "ชั้นกระจาย"
Although refractory castables bonded with silica sol exhibit significantly enhanced mechanical strength following high-temperature sintering (>1,000 องศา ) เมื่อเปรียบเทียบกับการยึดติดด้วยซีเมนต์ไฮดรอลิก (เช่น CAC และ HA) ความแข็งแรงสีเขียวของตัวหล่อที่ไม่มีการเผา (หรือ-ความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ-ที่ได้รับการบำบัด) จะต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัด
1.4 สารยึดเกาะอลูมินาโซล
ตรงกันข้ามกับซิลิกาโซล มีการศึกษาเกี่ยวกับอลูมินาโซลและพฤติกรรมการแข็งตัวและการแข็งตัวที่เกี่ยวข้องน้อยกว่า นอกจากนี้ ผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับสารแขวนลอยของอลูมินาระดับไมครอน-โดยเฉพาะ แทนที่จะเป็นโซลของอลูมินาระดับนาโน สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าผลลัพธ์ที่มีอยู่อาจไม่สามารถใช้ได้โดยตรงกับโซลในระดับนาโน ประจุที่พื้นผิวของอนุภาคภายในสารแขวนลอยอลูมินาถูกกำหนดโดยค่า pH ปริมาณของแข็ง และอิเล็กโทรไลต์เฉพาะที่ใช้เพื่อทำให้สารแขวนลอยมีความเสถียร ในสารแขวนลอยอลูมินาบริสุทธิ์ เมื่อความเข้มข้นของอลูมินาเพิ่มขึ้น ประจุที่พื้นผิวจะเปลี่ยนจากบวกเป็นลบ เมื่อความเข้มข้นของสารแขวนลอยเพิ่มขึ้นอีก ขนาดของประจุลบสุทธิก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน กลไก "การทำให้เสถียร-การตกตะกอน" ของสารแขวนลอยอลูมินาภายใต้สภาวะอุณหภูมิแวดล้อม
