Bežec odpichového otvoru slúži ako kritický kanál na odvádzanie- roztaveného železa pri vysokej teplote. Počas prevádzky je vystavená nielen silnému odieraniu, erózii a infiltrácii prúdiacim vysokoteplotným roztaveným železom a troskou, ale aj intenzívnym tepelným šokom vyplývajúcim z prerušovanej povahy procesu odpichu. Intenzívnejšie operácie tavenia vo vysokej peci viedli k vyšším odpichovým teplotám, zvýšeným prietokom roztaveného železa, väčším objemom odpichového železa a trosky a predĺženým trvaním odpichu; v dôsledku toho sú prevádzkové podmienky pre žiaruvzdorné materiály používané v žľaboch odpichových otvorov čoraz náročnejšie. Ako typ monolitického žiaruvzdorného materiálu špeciálne navrhnutého pre odpichové žľaby vysokej pece, odpichový otvoržiaruvzdorné žiaruvzdornétvoria viac ako 70 % všetkých žiaruvzdorných materiálov spotrebovaných v oblasti nísteje vysokej pece. Okrem toho spojivo použité v týchto odlievaných materiáloch priamo určuje výťažnosť odpichu, špecifickú spotrebu žiaruvzdorných materiálov na tonu vyrobeného železa a celkovú bezpečnosť operácií na strane ohniska; výber a optimalizácia spojív sa preto stala primárnym zameraním výskumu a vývoja-vysokovýkonných odliatkov.
1.1 Čistý cement hlinitanu vápenatého
ČistáCement hlinitan vápenatý(CAC) je hydraulické spojivo vyrábané vysokoteplotným spekaním alebo elektro-elektrickou pecou-tavením oxidu vápenatého s vysokou-čistotou a priemyselného oxidu hlinitého. Jeho chemické zloženie pozostáva predovšetkým z Al2O3 a CaO, pričom hmotnostný podiel Al203 sa typicky pohybuje medzi 70 % a 80 %. Hlavnými kryštalickými fázami zodpovednými za hydraulické vlastnosti CAC sú monokalciumhlinitan (CA) a dikalciumhlinitan (CA₂)-, hoci dodekakalcium hepta{9}}hlinitan (C₁₂A₇) fáza je prítomná aj v ultra-vysokohlinitom{11} variante C11} Toto zloženie umožňuje CAC nielen dodať vynikajúce mechanické vlastnosti monolitickým žiaruvzdorným materiálom, ale tiež im poskytnúť vynikajúci výkon pri vysokých{13}}teplotách; v dôsledku toho je v súčasnosti široko používaným spojivom v monolitických žiaruvzdorných materiáloch, ako sú odlievacie materiály. Odliatky spojené s CAC vyžadujú správny proces vytvrdzovania, aby sa zabezpečilo, že hydratačné produkty prejdú kompletným vytvrdnutím a vytvrdnutím. Konkrétne, špecifické hydratačné produkty vytvorené pomocou CAC sa líšia v závislosti od použitej teploty vytvrdzovania. Keď sa vytvrdzovanie uskutočňuje pri teplotách nižších ako 20 stupňov, výsledný hydratačný produkt pozostáva z dekahydrátu hlinitanu vápenatého (CAH10). Medzi 21 a 35 stupňami sú produkty primárnej hydratácie ihličkovité-až-lamelárne oktahydrát hlinitanu vápenatého (C2AH8); nad 36 stupňov je dominantným produktom granulovaný hexahydrát trikalciumhlinitanu (C3AH6). Tieto ihlovité, ihličnaté-k-lamelárne a granulované hydratačné produkty sa prekrývajú a prepletajú, čím vytvárajú sieťovú štruktúru, čím dodávajú odliatkovému telu vysokú pevnosť v surovom stave po procese vytvrdzovania. Pri výbere čistého hlinitanového cementu je tiež dôležité pochopiť hydratačné charakteristiky jeho rôznych fáz. Rôzne fázy vykazujú výrazne odlišné teplo hydratácie a rýchlosti tuhnutia a tvrdnutia. Všeobecne platí, že čím nižšie je hydratačné teplo špecifickej minerálnej fázy hlinitanu vápenatého, tým rýchlejšia je rýchlosť tuhnutia a tvrdnutia jej hydratačných produktov.
1.2 Hydratovateľný oxid hlinitý
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 stupňov), čím sa jednotlivé častice spoja dohromady a vytvorí sa sila v surovom stave. V dôsledku toho, podobne ako hlinitanový cement (CAC), je HA klasifikovaný ako hydraulické spojivo. Je potrebné poznamenať, že tvorba kryštalického bayeritu silne závisí od veľkosti častíc, hydratačnej teploty, reakčného času a hodnoty pH.
1.3 Silica Sol spojivá
Prítomnosť CaO v cementom-spájaných odliatkach vedie k problému, pri ktorom sa objem kvapalnej fázy pri vysokých teplotách zvyšuje; v dôsledku toho mnohí výskumníci v oblasti žiaruvzdorných materiálov zvažovali použitie rôznych spojív bez CaO-. Okrem hydratovaného oxidu hlinitého (HA), ďalšie spojivá bez CaO-, ktoré priťahujú čoraz väčšiu pozornosť, zahŕňajú rôzne typy koloidných spojív alebo sólov-, ako sú sól SiO2, sól Al2O3, koloidný spinel a koloidný mullit. V súčasnosti je najrozšírenejším a technologicky najvyspelejším spojivom bez vápnika-sól oxidu kremičitého. Na rozdiel od iných spojív slúži vlastná stabilita samotného sólu ako základný predpoklad pre jeho väzbovú schopnosť. Povrchy pevných koloidných častíc v sóle oxidu kremičitého získavajú elektrický náboj prostredníctvom disociácie povrchových funkčných skupín alebo selektívnej adsorpcie špecifických iónov z okolitého roztoku. Aby sa zachovala nábojová neutralita, roztok bezprostredne susediaci s týmito nabitými časticami musí obsahovať ekvivalentné množstvo protiiónov s opačným nábojom ako je náboj na pevnom povrchu. Rozhranie medzi povrchom nabitej častice a priľahlým roztokom tvorí „elektrická dvojitá vrstva“: jedna zložka je stacionárna vrstva umiestnená v priamom kontakte s povrchom pevných častíc-známa ako „kompaktná vrstva“ alebo „Sternova vrstva“-, zatiaľ čo zvyšná časť (rozširujúca sa od roviny sklzu smerom von do bodu v objemovom roztoku, kde sa koncentrácie kladných a záporných iónov stávajú rovnakými) sa označuje ako tzv.
Although refractory castables bonded with silica sol exhibit significantly enhanced mechanical strength following high-temperature sintering (>1000 stupňov ) v porovnaní s tými, ktoré sú spájané hydraulickými cementmi (ako sú CAC a HA), je pevnosť v surovom stave nespekaných (alebo nízko{1}}tepelne upravených-) odlievacích telies výrazne nižšia.
1.4 Alumina Sol spojivá
Na rozdiel od sólu oxidu kremičitého sa uskutočnilo menej štúdií na sóle oxidu hlinitého a jeho súvisiaceho správania pri koagulácii a tvrdnutí. Navyše väčšina publikovaných výskumných zistení sa týka výlučne sub-mikrónových suspenzií oxidu hlinitého, a nie nanorozmerov oxidu hlinitého. To naznačuje, že existujúce výsledky nemusia byť priamo aplikovateľné na sóly v nanoúrovni. Povrchový náboj častíc v suspenzii oxidu hlinitého je určený hodnotou pH, obsahom pevnej látky a špecifickými elektrolytmi použitými na stabilizáciu suspenzie. V čistých suspenziách oxidu hlinitého sa so zvyšujúcou sa koncentráciou oxidu hlinitého mení povrchový náboj z kladného na záporný. S ďalším zvýšením koncentrácie suspenzie sa tiež zvyšuje veľkosť čistého negatívneho náboja. Mechanizmus „stabilizácie-flokulácie“ suspenzií oxidu hlinitého za podmienok okolitej teploty.
