ब्लास्ट फर्नेस टैपहोल कास्टेबल के लिए बाइंडरों के चयन पर शोध

टैपहोल रनर उच्च तापमान वाले पिघले हुए लोहे को बाहर निकालने के लिए एक महत्वपूर्ण चैनल के रूप में कार्य करता है। ऑपरेशन के दौरान, यह न केवल उच्च तापमान वाले पिघले हुए लोहे और स्लैग के प्रवाह के कारण गंभीर दस्त, क्षरण और घुसपैठ का शिकार होता है, बल्कि टैपिंग प्रक्रिया की रुक-रुक कर होने वाली प्रकृति के परिणामस्वरूप तीव्र थर्मल झटके का भी सामना करता है। तीव्र ब्लास्ट फर्नेस गलाने के संचालन के कारण उच्च टैपिंग तापमान, पिघले हुए लोहे की प्रवाह दर में वृद्धि, टैप किए गए लोहे और स्लैग की बड़ी मात्रा और लंबे समय तक टैपिंग अवधि बढ़ गई है; परिणामस्वरूप, टैपहोल धावकों में उपयोग की जाने वाली दुर्दम्य सामग्रियों के लिए सेवा शर्तों की मांग बढ़ती जा रही है। एक प्रकार की अखंड दुर्दम्य सामग्री के रूप में जिसे विशेष रूप से ब्लास्ट फर्नेस टैपहोल रनर, टैपहोल के लिए डिज़ाइन किया गया हैदुर्दम्य कास्टेबल्सब्लास्ट फर्नेस चूल्हा क्षेत्र में खपत होने वाली सभी दुर्दम्य सामग्रियों का 70% से अधिक हिस्सा होता है। इसके अलावा, इन कास्टेबल्स में नियोजित बाइंडर सीधे टैपिंग उपज, उत्पादित लोहे के प्रति टन आग रोक सामग्री की विशिष्ट खपत, और चूल्हा साइड संचालन की समग्र सुरक्षा निर्धारित करता है; इस प्रकार, बाइंडरों का चयन और अनुकूलन उच्च प्रदर्शन वाले टैपहोल कास्टेबल के अनुसंधान और विकास में प्राथमिक फोकस के रूप में उभरा है।

1.1 शुद्ध कैल्शियम एल्युमिनेट सीमेंट

शुद्धकैल्शियम एल्यूमिनेट सीमेंट(सीएसी) एक हाइड्रोलिक बाइंडर है जो उच्च {{0} तापमान सिंटरिंग या इलेक्ट्रिक {{1} फर्नेस इलेक्ट्रो {{2} उच्च {{3} शुद्धता वाले कैल्शियम ऑक्साइड और औद्योगिक एल्यूमिना के पिघलने से निर्मित होता है। इसकी रासायनिक संरचना में मुख्य रूप से Al₂O₃ और CaO शामिल हैं, Al₂O₃ द्रव्यमान अंश आमतौर पर 70% और 80% के बीच होता है। सीएसी के हाइड्रोलिक गुणों के लिए ज़िम्मेदार प्रमुख क्रिस्टलीय चरण मोनोकैल्शियम एल्यूमिनेट (सीए) और डाइकैल्शियम एल्यूमिनेट (सीए₂) - हैं, हालांकि डोडेकैल्शियम हेप्टा {{9} एल्यूमिनेट (सी₁₂A₇) चरण अल्ट्रा {{10} उच्च - एल्यूमिना सीएसी वेरिएंट में भी मौजूद है। यह संरचना सीएसी को न केवल अखंड दुर्दम्य सामग्रियों को उत्कृष्ट यांत्रिक गुण प्रदान करने में सक्षम बनाती है, बल्कि उन्हें बेहतर उच्च तापमान प्रदर्शन भी प्रदान करती है; परिणामस्वरूप, यह वर्तमान में टैपहोल कास्टेबल्स जैसे मोनोलिथिक रेफ्रेक्ट्रीज़ में व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला बाइंडर है। सीएसी के साथ बंधे कास्टेबल्स को यह सुनिश्चित करने के लिए एक उचित इलाज प्रक्रिया की आवश्यकता होती है कि जलयोजन उत्पाद पूरी तरह से सेट हो जाएं और सख्त हो जाएं। विशेष रूप से, सीएसी द्वारा बनाए गए विशिष्ट जलयोजन उत्पाद नियोजित इलाज तापमान के आधार पर भिन्न होते हैं। जब उपचार 20 डिग्री से कम तापमान पर किया जाता है, तो परिणामी जलयोजन उत्पाद में सुई जैसे मोनोकैल्शियम एल्यूमिनेट डेकाहाइड्रेट (CAH10) होता है। 21 डिग्री और 35 डिग्री के बीच, प्राथमिक जलयोजन उत्पाद एसिक्युलर - से {{24} लैमेलर डाइकैल्शियम एल्युमिनेट ऑक्टाहाइड्रेट (C2AH8) होते हैं; 36 डिग्री से ऊपर, प्रमुख उत्पाद दानेदार ट्राइकैल्शियम एल्यूमिनेट हेक्साहाइड्रेट (C3AH6) है। ये सुई जैसे, एसिक्यूलर से लेकर लैमेलर और दानेदार हाइड्रेशन उत्पाद एक नेटवर्क संरचना बनाने के लिए ओवरलैप और इंटरलेस होते हैं, जिससे इलाज की प्रक्रिया के बाद कास्ट बॉडी को उच्च हरे रंग की ताकत मिलती है। शुद्ध कैल्शियम एल्युमिनेट सीमेंट का चयन करते समय, इसके विभिन्न घटक चरणों की जलयोजन विशेषताओं को समझना भी आवश्यक है। अलग-अलग चरण जलयोजन की अलग-अलग गर्मी और सेटिंग और सख्त होने की दरों को प्रदर्शित करते हैं। आम तौर पर, एक विशिष्ट कैल्शियम एलुमिनेट खनिज चरण की जलयोजन की गर्मी जितनी कम होती है, उसके जलयोजन उत्पादों की सेटिंग और सख्त होने की दर उतनी ही तेज होती है।

1.2 हाइड्रेटेबल एल्युमिना

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 डिग्री), जिससे घटक कण एक साथ जुड़ते हैं और हरित शक्ति उत्पन्न होती है। नतीजतन, कैल्शियम एल्यूमिनेट सीमेंट (सीएसी) की तरह, एचए को हाइड्रोलिक बाइंडर के रूप में वर्गीकृत किया गया है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि क्रिस्टलीय बायराइट का निर्माण कण आकार, जलयोजन तापमान, प्रतिक्रिया समय और पीएच मान पर अत्यधिक निर्भर है।

1.3 सिलिका सोल बाइंडर्स

सीमेंट से जुड़े कास्टेबल्स में CaO की उपस्थिति से एक समस्या उत्पन्न होती है जिसमें उच्च तापमान पर तरल चरण की मात्रा बढ़ जाती है; परिणामस्वरूप, दुर्दम्य सामग्री के क्षेत्र में कई शोधकर्ताओं ने विभिन्न CaO-मुक्त बाइंडर्स का उपयोग करने पर विचार किया है। हाइड्रेटेड एल्यूमिना (एचए) के अलावा, बढ़ते ध्यान को आकर्षित करने वाले अन्य CaO मुक्त बाइंडर्स में विभिन्न प्रकार के कोलाइडल बाइंडर्स या सॉल शामिल हैं जैसे SiO2 सोल, Al2O3 सोल, कोलाइडल स्पिनल और कोलाइडल मुलाइट। वर्तमान में, सबसे व्यापक रूप से प्रयुक्त और तकनीकी रूप से परिपक्व कैल्शियम मुक्त बाइंडर सिलिका सोल है। अन्य बाइंडर्स के विपरीत, सोल की अंतर्निहित स्थिरता ही इसकी बाइंडिंग क्षमता के लिए मूलभूत शर्त के रूप में कार्य करती है। सिलिका सोल के भीतर ठोस कोलाइडल कणों की सतह सतह कार्यात्मक समूहों के पृथक्करण या आसपास के समाधान से विशिष्ट आयनों के चयनात्मक सोखना के माध्यम से एक विद्युत आवेश प्राप्त करती है। आवेश तटस्थता बनाए रखने के लिए, इन आवेशित कणों के ठीक बगल वाले घोल में ठोस सतह के विपरीत आवेश वाले काउंटर आयनों की समतुल्य मात्रा होनी चाहिए। आवेशित कण सतह और आसन्न समाधान के बीच का इंटरफ़ेस एक "इलेक्ट्रिकल डबल परत" का गठन करता है: एक घटक एक स्थिर परत है जो ठोस कण सतह के सीधे संपर्क में स्थित है {{15}जिसे "कॉम्पैक्ट परत" या "स्टर्न परत" के रूप में जाना जाता है {{16}जबकि शेष भाग (स्लिप प्लेन से बाहर की ओर थोक समाधान में उस बिंदु तक फैला हुआ है जहां सकारात्मक और नकारात्मक आयनों की सांद्रता बराबर हो जाती है) को "फैलाना परत" कहा जाता है।
Although refractory castables bonded with silica sol exhibit significantly enhanced mechanical strength following high-temperature sintering (>1000 डिग्री) हाइड्रोलिक सीमेंट (जैसे सीएसी और एचए) के साथ बंधे हुए लोगों की तुलना में, बिना सिंटर्ड (या कम -तापमान गर्मी - उपचारित) कास्टेबल निकायों की हरी ताकत उल्लेखनीय रूप से कम है।

1.4 एल्युमिना सोल बाइंडर्स

सिलिका सोल के विपरीत, एल्युमिना सोल और इसके संबंधित जमावट और सख्त व्यवहार पर कम अध्ययन किए गए हैं। इसके अलावा, अधिकांश प्रकाशित शोध निष्कर्ष नैनोस्केल एल्यूमिना सॉल के बजाय विशेष रूप से उप-माइक्रोन एल्यूमिना सस्पेंशन से संबंधित हैं। इससे पता चलता है कि मौजूदा परिणाम नैनोस्केल पर सॉल पर सीधे लागू नहीं हो सकते हैं। एल्यूमिना सस्पेंशन के भीतर कणों का सतह चार्ज पीएच मान, ठोस सामग्री और सस्पेंशन को स्थिर करने के लिए नियोजित विशिष्ट इलेक्ट्रोलाइट्स द्वारा निर्धारित किया जाता है। शुद्ध एल्यूमिना सस्पेंशन में, जैसे-जैसे एल्यूमिना की सांद्रता बढ़ती है, सतह चार्ज सकारात्मक से नकारात्मक में स्थानांतरित हो जाता है। निलंबन सांद्रता में और वृद्धि के साथ, शुद्ध नकारात्मक चार्ज का परिमाण भी बढ़ जाता है। परिवेश के तापमान की स्थिति के तहत एल्यूमिना निलंबन का "स्थिरीकरण-फ्लोक्यूलेशन" तंत्र।