Musluk deliği koşucusu, yüksek- sıcaklıktaki erimiş demirin dışarı kanalize edilmesi için kritik bir kanal görevi görür. Operasyon sırasında, sadece yüksek sıcaklıktaki erimiş demir ve cürufun akması yoluyla şiddetli aşınma, erozyon ve sızmaya değil, aynı zamanda akıtma işleminin aralıklı doğasından kaynaklanan yoğun termal şoka da maruz kalır. Yoğunlaştırılmış yüksek fırın eritme işlemleri, daha yüksek döküm sıcaklıklarına, artan erimiş demir akış hızlarına, daha büyük miktarlarda döküm demir ve cüruf ve uzun döküm sürelerine yol açmıştır; sonuç olarak, delik yolluklarında kullanılan refrakter malzemelerin servis koşulları giderek daha zorlu hale geldi. Yüksek fırın musluk deliği kızakları için özel olarak tasarlanmış bir monolitik refrakter malzeme türü olarak, musluk deliğirefrakter dökülebilir malzemeleryüksek fırın ocak alanında tüketilen tüm refrakter malzemelerin %70'inden fazlasını oluşturur. Ayrıca, bu dökülebilir malzemelerde kullanılan bağlayıcı, döküm verimini, üretilen demir tonu başına refrakter malzemelerin spesifik tüketimini ve ocak tarafı operasyonlarının genel güvenliğini doğrudan belirler; bu nedenle bağlayıcıların seçimi ve optimizasyonu, yüksek-performanslı dökülebilir döküm malzemelerinin araştırılması ve geliştirilmesinde birincil odak noktası olarak ortaya çıkmıştır.
1.1 Saf Kalsiyum Alüminat Çimentosu
SafKalsiyum Alüminat Çimento(CAC), yüksek-saflıkta kalsiyum oksit ve endüstriyel alüminanın yüksek-sıcaklıkta sinterlenmesi veya elektrikli-fırında elektro-ergitilmesiyle üretilen bir hidrolik bağlayıcıdır. Kimyasal bileşimi temel olarak Al₂O₃ ve CaO'dan oluşur ve Al₂O₃ kütle fraksiyonu tipik olarak %70 ile %80 arasında değişir. CAC'nin hidrolik özelliklerinden sorumlu ana kristal fazlar monokalsiyum alüminat (CA) ve dikalsiyum alüminattır (CA₂)- ancak dodekakalsiyum hepta-alüminat (C₁₂A₇) fazı da ultra-yüksek-alümina CAC varyantlarında mevcuttur. Bu bileşim, CAC'ın monolitik refrakter malzemelere mükemmel mekanik özellikler kazandırmasının yanı sıra onlara üstün yüksek sıcaklık performansı da kazandırmasını sağlar; sonuç olarak, şu anda döküm delikli döküm malzemeleri gibi monolitik refrakterlerde yaygın olarak kullanılan bir bağlayıcıdır. CAC ile bağlanan dökülebilir malzemeler, hidrasyon ürünlerinin tam priz alma ve sertleşmeye tabi tutulmasını sağlamak için uygun bir kürleme işlemi gerektirir. Özellikle CAC tarafından oluşturulan spesifik hidrasyon ürünleri, kullanılan kürleme sıcaklığına bağlı olarak değişir. Kürleme 20 derecenin altındaki sıcaklıklarda gerçekleştirildiğinde, ortaya çıkan hidrasyon ürünü iğne benzeri monokalsiyum alüminat dekahidrattan (CAH10) oluşur. 21 derece ile 35 derece arasında, birincil hidrasyon ürünleri iğnemsi ila-lamelli dikalsiyum alüminat oktahidrattır (C2AH8); 36 derecenin üzerinde baskın ürün granüler trikalsiyum alüminat hekzahidrattır (C3AH6). Bu iğne-benzeri, iğnemsi-lamel arası-tabakalı ve granüler hidrasyon ürünleri, bir ağ yapısı oluşturmak üzere üst üste gelir ve iç içe geçer, böylece kürleme işleminin ardından döküm gövdesine yüksek bir ham mukavemet kazandırır. Saf kalsiyum alüminat çimentosunu seçerken, onu oluşturan çeşitli fazların hidrasyon özelliklerini anlamak da önemlidir. Farklı fazlar, çok farklı hidrasyon ısıları ve sertleşme ve sertleşme oranları sergiler. Genel olarak, belirli bir kalsiyum alüminat mineral fazının hidrasyon ısısı ne kadar düşükse, hidrasyon ürünlerinin sertleşmesi ve sertleşme hızı da o kadar hızlı olur.
1.2 Hidratlanabilir Alümina
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 derece), böylece kurucu parçacıkları birbirine bağlar ve yeşil güç üretir. Sonuç olarak, kalsiyum alüminat çimentosuna (CAC) çok benzer şekilde HA, hidrolik bağlayıcı olarak sınıflandırılır. Kristalize bayerit oluşumunun büyük ölçüde parçacık boyutuna, hidrasyon sıcaklığına, reaksiyon süresine ve pH değerine bağlı olduğuna dikkat edilmelidir.
1.3 Silika Sol Bağlayıcılar
Çimentoyla-bağlı dökülebilir malzemelerde CaO'nun varlığı, yüksek sıcaklıklarda sıvı fazın hacminin arttığı bir soruna yol açar; sonuç olarak, refrakter malzemeler alanında çalışan birçok araştırmacı, çeşitli CaO-serbest bağlayıcılardan yararlanmayı düşünmüştür. Hidratlanmış alüminaya (HA) ek olarak, giderek daha fazla ilgi çeken diğer CaO-içermeyen bağlayıcılar arasında SiO2 sol, Al2O3 sol, kolloidal spinel ve kolloidal mullit gibi çeşitli koloidal bağlayıcı veya sol- türleri yer alır. Şu anda en yaygın olarak uygulanan ve teknolojik olarak olgunlaşmış kalsiyum-içermeyen bağlayıcı silika soldur. Diğer bağlayıcılardan farklı olarak solun kendi doğal stabilitesi, bağlanma kapasitesinin temel ön koşulu olarak hizmet eder. Bir silika çözeltisi içindeki katı kolloidal parçacıkların yüzeyleri, yüzey fonksiyonel gruplarının ayrışması veya belirli iyonların çevredeki çözeltiden seçici adsorpsiyonu yoluyla bir elektrik yükü kazanır. Yük nötrlüğünü korumak için, bu yüklü parçacıkların hemen yanındaki çözeltinin, katı yüzeyinkine zıt yük taşıyan eşdeğer miktarda karşı iyon içermesi gerekir. Yüklü parçacık yüzeyi ile bitişik çözelti arasındaki arayüz bir "elektriksel çift katman" oluşturur: bileşenlerden biri katı parçacık yüzeyiyle doğrudan temas halinde bulunan sabit bir katmandır ("kompakt katman" veya "Kıç katmanı"- olarak bilinir, geri kalan kısım ise (kayma düzleminden dışa doğru, toplu çözeltideki pozitif ve negatif iyon konsantrasyonlarının eşit olduğu noktaya kadar uzanan) "yaygın katman" olarak adlandırılır.
Although refractory castables bonded with silica sol exhibit significantly enhanced mechanical strength following high-temperature sintering (>(1000 derece) hidrolik çimentolarla (CAC ve HA gibi) bağlananlarla karşılaştırıldığında, sinterlenmemiş (veya düşük-sıcaklıkta ısıyla-işlenmiş) dökülebilir gövdelerin ham mukavemeti belirgin şekilde daha düşüktür.
1.4 Alümina Sol Bağlayıcılar
Silika solunun aksine, alümina sol ve bununla ilişkili pıhtılaşma ve sertleşme davranışları üzerine daha az çalışma yapılmıştır. Ayrıca, yayınlanan araştırma bulgularının çoğunluğu, nano ölçekli alümina sollerinden ziyade yalnızca-mikron altı alümina süspansiyonlarıyla ilgilidir. Bu, mevcut sonuçların nano ölçekteki sollara doğrudan uygulanamayabileceğini göstermektedir. Bir alümina süspansiyonu içindeki parçacıkların yüzey yükü, pH değeri, katı içeriği ve süspansiyonu stabilize etmek için kullanılan spesifik elektrolitler tarafından belirlenir. Saf alümina süspansiyonlarında alümina konsantrasyonu arttıkça yüzey yükü pozitiften negatife kayar. Süspansiyon konsantrasyonunun daha da artmasıyla net negatif yükün büyüklüğü de artar. Alümina süspansiyonlarının ortam sıcaklığı koşulları altında "stabilizasyon-topaklanması" mekanizması.
