出銑口ランナーは、高温の溶鉄を送り出すための重要なチャネルとして機能します。{0}運転中、高温の溶鉄とスラグの流入による激しい洗掘、浸食、浸透だけでなく、出湯プロセスの断続的な性質から生じる激しい熱衝撃にもさらされます。高炉製錬作業の強化により、出銑温度が上昇し、溶鉄の流量が増加し、出銑とスラグの量が増加し、出銑時間が延長されました。その結果、出銑孔ランナーに使用される耐火材料の使用条件はますます厳しくなっています。高炉の出銑口ランナー、出銑口用に特別に設計された不定形耐火物の一種として耐火物キャスタブル高炉炉床エリアで消費される耐火物全体の70％以上を占めています。さらに、これらのキャスタブルに使用される結合剤は、出銑収量、生産鉄 1 トン当たりの耐火物の比消費量、および炉床側作業の全体的な安全性を直接決定します。-したがって、バインダーの選択と最適化が、高性能出銑孔キャスタブルの研究開発における主な焦点として浮上しています。-
1.1 純アルミン酸カルシウムセメント
純粋なアルミン酸カルシウムセメント(CAC) は、高純度酸化カルシウムと工業用アルミナの高温焼結または電気炉電気溶解によって生成される水硬性バインダーです。{{3}その化学組成は主に Al2O3 と CaO で構成され、Al2O3 の質量分率は通常 70% から 80% の範囲にあります。 CAC の水硬性特性に関与する主な結晶相はアルミン酸一カルシウム (CA) とアルミン酸二カルシウム (CA₂) です-が、ヘプタ ヘプタ酸ドデカカルシウム-アルミン酸ドデカカルシウム (C₁₂A₇) 相も超-高-アルミナ CAC バリアントに存在します。この組成により、CAC は不定形耐火物に優れた機械的特性を与えるだけでなく、優れた高温性能も与えることができます。-その結果、現在、出銑孔キャスタブルなどの不定形耐火物の結合剤として広く利用されています。 CAC で接着されたキャスタブルには、水和製品が完全に硬化して硬化するように、適切な硬化プロセスが必要です。特に、CAC によって形成される特定の水和生成物は、使用する硬化温度に応じて変化します。硬化が 20 度未満の温度で行われる場合、得られる水和生成物は針状-のアルミン酸一カルシウム十水和物 (CAH10) で構成されます。 21 度から 35 度の間では、一次水和生成物は針状-から-層状のアルミン酸二カルシウム八水和物 (C2AH8) です。 36 度を超えると、主な生成物は粒状アルミン酸三カルシウム六水和物 (C3AH6) になります。これらの針状、針状、-から層状、および粒状の水和生成物が重なり、絡み合ってネットワーク構造を形成し、それによって硬化プロセス後の鋳造体に高い生強度を与えます。純粋なアルミン酸カルシウムセメントを選択する場合、そのさまざまな構成相の水和特性を理解することも重要です。異なる相は、大きく異なる水和熱と凝結および硬化速度を示します。一般に、特定のアルミン酸カルシウム鉱物相の水和熱が低いほど、その水和生成物の硬化速度と硬化速度が速くなります。
1.2 水和性アルミナ
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 度)、それによって構成粒子が結合し、グリーン強度が生成されます。したがって、アルミン酸カルシウムセメント (CAC) と同様に、HA は水硬性バインダーとして分類されます。結晶質バイヤライトの形成は、粒子サイズ、水和温度、反応時間、および pH 値に大きく依存することに注意してください。
1.3 シリカゾルバインダー
セメント結合キャスタブル中に CaO が存在すると、高温で液相の体積が増加するという問題が発生します。そのため、耐火材料分野の多くの研究者は、さまざまな CaO{1}} を含まない結合剤の利用を検討してきました。アルミナ水和物 (HA) に加えて、ますます注目を集めている他の CaO{3}} フリー バインダーには、SiO2 ゾル、Al2O3 ゾル、コロイド状スピネル、コロイド状ムライトなどのさまざまなタイプのコロイド状バインダーまたはゾル-が含まれます。現在、最も広く使用され、技術的に成熟したカルシウムフリー結合剤はシリカゾルです。{9}}他のバインダーとは異なり、ゾル自体の固有の安定性がその結合能力の基本的な前提条件として機能します。シリカゾル内の固体コロイド粒子の表面は、表面官能基の解離または周囲の溶液からの特定のイオンの選択的吸着によって電荷を獲得します。電荷の中性を維持するには、これらの荷電粒子のすぐ隣にある溶液には、固体表面の電荷とは逆の電荷を帯びた同量の対イオンが含まれている必要があります。-荷電粒子表面と隣接する溶液の間の界面は「電気二重層」を構成します。1 つの構成要素は固体粒子表面と直接接触する位置にある固定層であり、「緻密層」または「スターン層」-として知られ、残りの部分 (滑り面から外側に向かって、バルク溶液中の正イオンと負イオンの濃度が等しくなる点まで広がる) は「拡散層」と呼ばれます。
Although refractory castables bonded with silica sol exhibit significantly enhanced mechanical strength following high-temperature sintering (>水硬性セメント（CAC や HA など）で結合したものと比較して、未焼結（または低温熱処理-）の鋳造体の生強度は著しく低くなります。
1.4 アルミナゾルバインダー
シリカゾルとは対照的に、アルミナゾルおよびそれに関連する凝固および硬化挙動について行われた研究はほとんどありません。さらに、発表された研究結果の大部分は、ナノスケールのアルミナ ゾルではなく、もっぱらサブミクロンのアルミナ懸濁液に関するものです。{1}これは、既存の結果がナノスケールのゾルに直接適用できない可能性があることを示唆しています。アルミナ懸濁液内の粒子の表面電荷は、pH 値、固形分含有量、および懸濁液を安定させるために使用される特定の電解質によって決まります。純粋なアルミナ懸濁液では、アルミナの濃度が増加するにつれて、表面電荷がプラスからマイナスにシフトします。懸濁液の濃度がさらに増加すると、正味の負電荷の大きさも増加します。周囲温度条件下でのアルミナ懸濁液の「安定化-凝集」メカニズム。
