Der Stichlochkanal dient als entscheidender Kanal für die Ableitung von geschmolzenem Eisen mit hoher{0}}Temperatur. Während des Betriebs ist es nicht nur starker Auswaschung, Erosion und Infiltration durch fließendes flüssiges Eisen und Schlacke hoher Temperatur ausgesetzt, sondern auch einem starken Thermoschock, der sich aus der intermittierenden Natur des Abstichprozesses ergibt. Intensivierte Hochofenschmelzvorgänge haben zu höheren Abstichtemperaturen, höheren Durchflussraten von geschmolzenem Eisen, größeren Volumina an abgestochenem Eisen und Schlacke und längeren Abstichzeiten geführt; Folglich sind die Einsatzbedingungen für die in Stichlochkanälen verwendeten feuerfesten Materialien immer anspruchsvoller geworden. Als eine Art monolithisches feuerfestes Material, das speziell für Stichlochkanäle von Hochöfen entwickelt wurde, Stichlochfeuerfeste Gussteilemachen über 70 % aller im Hochofenherdbereich verbrauchten feuerfesten Materialien aus. Darüber hinaus bestimmt das in diesen Gussstücken verwendete Bindemittel direkt die Abstichausbeute, den spezifischen Verbrauch an feuerfesten Materialien pro produzierter Tonne Eisen und die Gesamtsicherheit der herdseitigen Vorgänge. Daher hat sich die Auswahl und Optimierung von Bindemitteln zu einem Hauptschwerpunkt bei der Forschung und Entwicklung von leistungsstarken Abstichlochgussteilen entwickelt.
1.1 Reiner Calciumaluminatzement
ReinCalciumaluminatzement(CAC) ist ein hydraulisches Bindemittel, das durch Hoch-Sintern oder Elektro-elektro-Schmelzen von hoch{3}reinem Calciumoxid und industriellem Aluminiumoxid hergestellt wird. Seine chemische Zusammensetzung besteht hauptsächlich aus Al₂O₃ und CaO, wobei der Al₂O₃-Massenanteil typischerweise zwischen 70 % und 80 % liegt. Die wichtigsten kristallinen Phasen, die für die hydraulischen Eigenschaften von CAC verantwortlich sind, sind Monocalciumaluminat (CA) und Dicalciumaluminat (CA₂)-obwohl die Dodecacalciumhepta-aluminatphase (C₁₂A₇) auch in CAC-Varianten mit ultra-hohem-Aluminiumoxid vorhanden ist. Diese Zusammensetzung ermöglicht es CAC, monolithischen feuerfesten Materialien nicht nur hervorragende mechanische Eigenschaften zu verleihen, sondern ihnen auch eine überlegene Hochtemperaturleistung zu verleihen; Daher ist es derzeit ein häufig verwendetes Bindemittel in monolithischen feuerfesten Materialien wie Abstichlochgussteilen. Mit CAC gebundene Gießmassen erfordern einen ordnungsgemäßen Aushärtungsprozess, um sicherzustellen, dass die Hydratationsprodukte vollständig aushärten und aushärten. Bemerkenswert ist, dass die spezifischen Hydratationsprodukte, die durch CAC gebildet werden, je nach der verwendeten Härtungstemperatur variieren. Wenn die Aushärtung bei Temperaturen unter 20 Grad durchgeführt wird, besteht das resultierende Hydratationsprodukt aus nadelartigem Monocalciumaluminat-Decahydrat (CAH10). Zwischen 21 und 35 Grad sind die primären Hydratationsprodukte nadelförmiges bis -lamellares Dicalciumaluminat-Oktahydrat (C2AH8); oberhalb von 36 Grad ist das vorherrschende Produkt körniges Tricalciumaluminat-Hexahydrat (C3AH6). Diese nadel-artigen, nadelförmigen-bis-lamellaren und körnigen Hydratationsprodukte überlappen und verflechten sich zu einer Netzwerkstruktur, wodurch der Gusskörper nach dem Aushärteprozess eine hohe Grünfestigkeit erhält. Bei der Auswahl von reinem Calciumaluminatzement ist es auch wichtig, die Hydratationseigenschaften seiner verschiedenen Phasen zu verstehen. Verschiedene Phasen weisen sehr unterschiedliche Hydratationswärmen und Abbinde- und Härtungsgeschwindigkeiten auf. Im Allgemeinen gilt: Je niedriger die Hydratationswärme einer bestimmten Calciumaluminat-Mineralphase, desto schneller ist die Abbinde- und Härtungsrate ihrer Hydratationsprodukte.
1.2 Hydratierbares Aluminiumoxid
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 Grad), wodurch die einzelnen Partikel miteinander verbunden werden und eine Grünfestigkeit entsteht. Folglich wird HA, ähnlich wie Calciumaluminatzement (CAC), zu den hydraulischen Bindemitteln gezählt. Es ist zu beachten, dass die Bildung von kristallinem Bayerit stark von der Partikelgröße, der Hydratationstemperatur, der Reaktionszeit und dem pH-Wert abhängt.
1.3 Kieselsol-Bindemittel
Das Vorhandensein von CaO in zementgebundenen Gussmassen führt zu dem Problem, dass das Volumen der flüssigen Phase bei hohen Temperaturen zunimmt; Daher haben viele Forscher auf dem Gebiet der feuerfesten Materialien über die Verwendung verschiedener CaO--freier Bindemittel nachgedacht. Neben hydratisiertem Aluminiumoxid (HA) finden auch andere CaO{3}freie Bindemittel zunehmend Beachtung, darunter verschiedene Arten kolloidaler Bindemittel oder Sole-wie SiO2-Sol, Al2O3-Sol, kolloidaler Spinell und kolloidaler Mullit. Das derzeit am weitesten verbreitete und technologisch ausgereifteste kalziumfreie Bindemittel ist Kieselsol. Im Gegensatz zu anderen Bindemitteln ist die Eigenstabilität des Sols selbst die Grundvoraussetzung für seine Bindungsfähigkeit. Die Oberflächen der festen kolloidalen Partikel in einem Kieselsol erhalten eine elektrische Ladung durch die Dissoziation funktioneller Oberflächengruppen oder die selektive Adsorption spezifischer Ionen aus der umgebenden Lösung. Um die Ladungsneutralität aufrechtzuerhalten, muss die Lösung unmittelbar neben diesen geladenen Teilchen eine äquivalente Menge an Gegenionen enthalten, die eine entgegengesetzte Ladung zur festen Oberfläche tragen. Die Grenzfläche zwischen der geladenen Teilchenoberfläche und der angrenzenden Lösung stellt eine „elektrische Doppelschicht“ dar: Eine Komponente ist eine stationäre Schicht, die in direktem Kontakt mit der festen Teilchenoberfläche steht -bekannt als „kompakte Schicht“ oder „Stern-Schicht“-während der verbleibende Teil (der sich von der Gleitebene nach außen bis zu dem Punkt in der Massenlösung erstreckt, an dem die Konzentrationen positiver und negativer Ionen gleich werden) als „diffuse Schicht“ bezeichnet wird.
Although refractory castables bonded with silica sol exhibit significantly enhanced mechanical strength following high-temperature sintering (>1000 Grad) im Vergleich zu denen, die mit hydraulischen Zementen (wie CAC und HA) gebunden sind, ist die Grünfestigkeit der ungesinterten (oder bei niedriger -Temperatur wärmebehandelten) gießbaren Körper deutlich geringer.
1.4 Aluminiumoxid-Sol-Bindemittel
Im Gegensatz zu Kieselsäuresol wurden zu Aluminiumoxidsol und dem damit verbundenen Koagulations- und Härtungsverhalten weniger Studien durchgeführt. Darüber hinaus beziehen sich die meisten veröffentlichten Forschungsergebnisse ausschließlich auf Aluminiumoxidsuspensionen im Sub--Mikrometerbereich und nicht auf nanoskalige Aluminiumoxidsole. Dies deutet darauf hin, dass die vorhandenen Ergebnisse möglicherweise nicht direkt auf Sole im Nanomaßstab anwendbar sind. Die Oberflächenladung von Partikeln in einer Aluminiumoxidsuspension wird durch den pH-Wert, den Feststoffgehalt und die spezifischen Elektrolyte bestimmt, die zur Stabilisierung der Suspension eingesetzt werden. In reinen Aluminiumoxidsuspensionen verschiebt sich die Oberflächenladung mit zunehmender Aluminiumoxidkonzentration von positiv nach negativ. Mit einer weiteren Erhöhung der Suspensionskonzentration nimmt auch die Größe der negativen Nettoladung zu. Der „Stabilisierungs--Flockungsmechanismus von Aluminiumoxidsuspensionen unter Umgebungstemperaturbedingungen.
