De aftapgatgeleider fungeert als een cruciaal kanaal voor het afvoeren van gesmolten ijzer met hoge- temperatuur. Tijdens bedrijf wordt het niet alleen blootgesteld aan ernstige schuren, erosie en infiltratie door het stromen van gesmolten ijzer en slakken op hoge temperatuur, maar ook aan intense thermische schokken als gevolg van het intermitterende karakter van het tapproces. Intensievere hoogovensmeltactiviteiten hebben geleid tot hogere taptemperaturen, grotere stroomsnelheden van gesmolten ijzer, grotere volumes getapt ijzer en slakken, en langere tapduur; als gevolg hiervan zijn de gebruiksomstandigheden voor de vuurvaste materialen die in kraangatgoten worden gebruikt steeds veeleisender geworden. Als een soort monolithisch vuurvast materiaal dat speciaal is ontworpen voor aftapgatlopers van hoogovensvuurvaste gietstukkenzijn verantwoordelijk voor meer dan 70% van alle vuurvaste materialen die in de hoogovenhaard worden verbruikt. Bovendien bepaalt het bindmiddel dat in deze gietstukken wordt gebruikt direct het taprendement, het specifieke verbruik van vuurvaste materialen per ton geproduceerd ijzer en de algemene veiligheid van werkzaamheden aan de haard{2}}; Zo is de selectie en optimalisatie van bindmiddelen een primair aandachtspunt geworden bij het onderzoek en de ontwikkeling van hoogwaardige- gietbare gietstukken voor tapgaten.
1.1 Zuiver calciumaluminaatcement
ZuiverCalciumaluminaatcement(CAC) is een hydraulisch bindmiddel dat wordt geproduceerd door sinteren op hoge- temperatuur of elektrisch-elektrisch-smelten van hoog-zuivere calciumoxide en industrieel aluminiumoxide in een oven. De chemische samenstelling bestaat voornamelijk uit Al₂O₃ en CaO, waarbij de Al₂O₃-massafractie doorgaans tussen 70% en 80% ligt. De belangrijkste kristallijne fasen die verantwoordelijk zijn voor de hydraulische eigenschappen van CAC zijn monocalciumaluminaat (CA) en dicalciumaluminaat (CA₂)-hoewel de dodecacalcium hepta-aluminaat (C₁₂A₇) fase ook aanwezig is in ultra-hoge-aluminiumoxide CAC-varianten. Dankzij deze samenstelling kan CAC niet alleen uitstekende mechanische eigenschappen verlenen aan monolithische vuurvaste materialen, maar deze ook superieure prestaties bij hoge temperaturen verlenen; bijgevolg is het momenteel een veelgebruikt bindmiddel in monolithische vuurvaste materialen zoals gietbare gietstukken. Castables gebonden met CAC vereisen een goed uithardingsproces om ervoor te zorgen dat de hydratatieproducten volledig uitharden en uitharden. Met name variëren de specifieke hydratatieproducten gevormd door CAC afhankelijk van de toegepaste hardingstemperatuur. Wanneer het uitharden wordt uitgevoerd bij temperaturen onder de 20 graden, bestaat het resulterende hydratatieproduct uit naald-achtig monocalciumaluminaatdecahydraat (CAH10). Tussen 21 en 35 graden zijn de primaire hydratatieproducten naaldvormig-met-lamellair dicalciumaluminaatoctahydraat (C2AH8); boven 36 graden is het dominante product korrelig tricalciumaluminaathexahydraat (C3AH6). Deze naald-achtige, naaldvormige-tot-lamellaire en granulaire hydratatieproducten overlappen en verweven zich om een netwerkstructuur te vormen, waardoor het gegoten lichaam na het uithardingsproces een hoge groene sterkte krijgt. Bij het selecteren van puur calciumaluminaatcement is het ook essentieel om de hydratatie-eigenschappen van de verschillende samenstellende fasen te begrijpen. Verschillende fasen vertonen enorm verschillende hydratatietemperaturen en snelheden van uitharding en verharding. In het algemeen geldt dat hoe lager de hydratatiewarmte van een specifieke calciumaluminaatmineraalfase is, hoe sneller de uithardings- en verhardingssnelheid van de hydratatieproducten ervan is.
1.2 Hydrateerbaar aluminiumoxide
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 graden), waardoor de samenstellende deeltjes aan elkaar worden gebonden en groene kracht wordt gegenereerd. Daarom wordt HA, net als calciumaluminaatcement (CAC), geclassificeerd als een hydraulisch bindmiddel. Opgemerkt moet worden dat de vorming van kristallijn bayeriet sterk afhankelijk is van de deeltjesgrootte, hydratatietemperatuur, reactietijd en pH-waarde.
1.3 Silica Sol-bindmiddelen
De aanwezigheid van CaO in cement{0}}gebonden gietstukken leidt tot een probleem waarbij het volume van de vloeibare fase toeneemt bij hoge temperaturen; Daarom hebben veel onderzoekers op het gebied van vuurvaste materialen overwogen verschillende CaO--vrije bindmiddelen te gebruiken. Naast gehydrateerd aluminiumoxide (HA) omvatten andere CaO--vrije bindmiddelen die steeds meer aandacht trekken verschillende soorten colloïdale bindmiddelen of sols-zoals SiO2-sol, Al2O3-sol, colloïdale spinel en colloïdale mulliet. Momenteel is silicasol het meest toegepaste en technologisch volwassen calcium-vrije bindmiddel. In tegenstelling tot andere bindmiddelen dient de inherente stabiliteit van de sol zelf als de fundamentele voorwaarde voor zijn bindende vermogen. De oppervlakken van de vaste colloïdale deeltjes in een silicasol verwerven een elektrische lading door de dissociatie van functionele oppervlaktegroepen of de selectieve adsorptie van specifieke ionen uit de omringende oplossing. Om de ladingsneutraliteit te behouden, moet de oplossing die direct grenst aan deze geladen deeltjes een equivalente hoeveelheid tegenionen bevatten die een tegengestelde lading hebben als die van het vaste oppervlak. Het grensvlak tussen het oppervlak van de geladen deeltjes en de aangrenzende oplossing vormt een 'elektrische dubbele laag': één component is een stationaire laag die in direct contact staat met het oppervlak van de vaste deeltjes-bekend als de 'compacte laag' of 'Stern-laag'-terwijl het resterende deel (dat zich uitstrekt van het slipvlak naar buiten tot het punt in de bulkoplossing waar de concentraties van positieve en negatieve ionen gelijk worden) de 'diffuse laag' wordt genoemd.
Although refractory castables bonded with silica sol exhibit significantly enhanced mechanical strength following high-temperature sintering (>1000 graden) vergeleken met die welke zijn gebonden met hydraulische cementen (zoals CAC en HA), is de groene sterkte van de ongesinterde (of met lage- hitte-temperatuurbehandelde) gietbare lichamen aanzienlijk lager.
1.4 Alumina Sol-bindmiddelen
In tegenstelling tot silicasol zijn er minder onderzoeken uitgevoerd naar aluminiumoxidesol en het daarmee samenhangende coagulatie- en verhardingsgedrag. Bovendien heeft het merendeel van de gepubliceerde onderzoeksresultaten uitsluitend betrekking op sub-aluminiumoxide-suspensies in plaats van op aluminiumoxidesols op nanoschaal. Dit suggereert dat de bestaande resultaten mogelijk niet direct toepasbaar zijn op sols op nanoschaal. De oppervlaktelading van deeltjes in een aluminiumoxidesuspensie wordt bepaald door de pH-waarde, het vastestofgehalte en de specifieke elektrolyten die worden gebruikt om de suspensie te stabiliseren. In zuivere aluminiumoxide-suspensies verschuift de oppervlaktelading van positief naar negatief naarmate de concentratie aluminiumoxide toeneemt. Met een verdere toename van de suspensieconcentratie neemt ook de omvang van de netto negatieve lading toe. Het "stabilisatie-flocculatie"-mechanisme van aluminiumoxide-suspensies onder omgevingstemperatuuromstandigheden.
