ব্লাস্ট ফার্নেস ট্যাফোল কাস্টেবলের জন্য বাইন্ডার নির্বাচনের উপর গবেষণা

ট্যাফোল রানার উচ্চ তাপমাত্রায় গলিত লোহা বের করার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ চ্যানেল হিসেবে কাজ করে। অপারেশন চলাকালীন, এটি শুধুমাত্র উচ্চ-তাপমাত্রা গলিত লোহা এবং স্ল্যাগ প্রবাহিত করে তীব্র ক্ষয়, ক্ষয় এবং অনুপ্রবেশের শিকার হয় না বরং ট্যাপিং প্রক্রিয়ার অন্তর্বর্তী প্রকৃতির ফলে তীব্র তাপীয় শকও হয়। ব্লাস্ট ফার্নেস গলানোর ক্রিয়াকলাপগুলি উচ্চতর ট্যাপিং তাপমাত্রা, গলিত লোহার প্রবাহের হার বৃদ্ধি, ট্যাপ করা লোহা এবং স্ল্যাগের বৃহত্তর আয়তন এবং দীর্ঘায়িত ট্যাপিং সময়কালের দিকে পরিচালিত করেছে; ফলস্বরূপ, ট্যাফোল রানারগুলিতে ব্যবহৃত অবাধ্য উপকরণগুলির জন্য পরিষেবার শর্তগুলি ক্রমবর্ধমান চাহিদা হয়ে উঠেছে। ব্লাস্ট ফার্নেস ট্যাফোল রানারদের জন্য বিশেষভাবে ডিজাইন করা একশিলা অবাধ্য উপাদান, ট্যাফোলঅবাধ্য castablesব্লাস্ট ফার্নেস চুলার এলাকায় ব্যবহৃত সমস্ত অবাধ্য পদার্থের 70% এর বেশি। তদ্ব্যতীত, এই কাস্টেবলগুলিতে নিযুক্ত বাইন্ডার সরাসরি ট্যাপিং ফলন, প্রতি টন লোহা উত্পাদিত অবাধ্য পদার্থের নির্দিষ্ট ব্যবহার এবং চুলার পাশের অপারেশনগুলির সামগ্রিক নিরাপত্তা নির্ধারণ করে; এইভাবে, বাইন্ডারের নির্বাচন এবং অপ্টিমাইজেশন উচ্চ-পারফরম্যান্স ট্যাফোল কাস্টেবলের গবেষণা ও উন্নয়নে প্রাথমিক ফোকাস হিসেবে আবির্ভূত হয়েছে।

1.1 বিশুদ্ধ ক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেট সিমেন্ট

বিশুদ্ধক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেট সিমেন্ট(CAC) হল একটি হাইড্রোলিক বাইন্ডার যা উচ্চ-তাপমাত্রা সিন্টারিং বা বৈদ্যুতিক-ফার্নেস ইলেক্ট্রো-উচ্চ-বিশুদ্ধতা ক্যালসিয়াম অক্সাইড এবং ইন্ডাস্ট্রিয়াল অ্যালুমিনার গলে উত্পাদিত হয়। এর রাসায়নিক সংমিশ্রণে প্রাথমিকভাবে Al₂O₃ এবং CaO গঠিত, যার একটি Al₂O₃ ভর ভগ্নাংশ সাধারণত 70% এবং 80% এর মধ্যে থাকে। CAC এর হাইড্রোলিক বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য দায়ী প্রধান স্ফটিক পর্যায়গুলি হল মনোক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেট (CA) এবং ডিক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেট (CA₂)-যদিও ডোডেক্যালসিয়াম হেপ্টা-অ্যালুমিনেট (C₁₂A₇) পর্যায়টিও CAC-এর মধ্যে উপস্থিত থাকে{1}{1}{1} বৈকল্পিক এই কম্পোজিশনটি CAC কে শুধুমাত্র একচেটিয়া অবাধ্য উপকরণগুলিতে চমৎকার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য প্রদান করতে সক্ষম করে না বরং তাদের উচ্চতর উচ্চ-তাপমাত্রার কার্যকারিতা প্রদান করে; ফলস্বরূপ, এটি বর্তমানে টেফোল কাস্টেবলের মতো মনোলিথিক রিফ্র্যাক্টরিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত বাইন্ডার। হাইড্রেশন পণ্যগুলি যাতে সম্পূর্ণ সেটিং এবং শক্ত হয়ে যায় তা নিশ্চিত করার জন্য CAC-এর সাথে সংযুক্ত কাস্টেবলগুলির একটি সঠিক নিরাময় প্রক্রিয়া প্রয়োজন। উল্লেখযোগ্যভাবে, CAC দ্বারা গঠিত নির্দিষ্ট হাইড্রেশন পণ্যগুলি নিয়োজিত নিরাময় তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হয়। যখন নিরাময় করা হয় 20 ডিগ্রির নিচে তাপমাত্রায়, ফলে হাইড্রেশন পণ্যে সুই থাকে-যেমন মনোক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেট ডেকাহাইড্রেট (CAH10)। 21 ডিগ্রি এবং 35 ডিগ্রির মধ্যে, প্রাথমিক হাইড্রেশন পণ্যগুলি অ্যাসিকুলার-থেকে-ল্যামেলার ডিক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেট অক্টাহাইড্রেট (C2AH8); 36 ডিগ্রী উপরে, প্রভাবশালী পণ্য দানাদার tricalcium aluminate hexahydrate (C3AH6) হয়. এই সুইগুলি-যেমন, অ্যাসিকুলার-থেকে-লেমেলার, এবং দানাদার হাইড্রেশন পণ্যগুলি ওভারল্যাপ করে এবং একটি নেটওয়ার্ক গঠন তৈরি করে, যার ফলে নিরাময় প্রক্রিয়ার পরে কাস্ট বডিকে উচ্চ সবুজ শক্তি প্রদান করে। খাঁটি ক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেট সিমেন্ট নির্বাচন করার সময়, এটির বিভিন্ন উপাদান পর্যায়ের হাইড্রেশন বৈশিষ্ট্যগুলি বোঝাও অপরিহার্য। বিভিন্ন পর্যায় হাইড্রেশনের বিভিন্ন তাপ এবং সেটিং এবং শক্ত হওয়ার হার প্রদর্শন করে। সাধারণত, একটি নির্দিষ্ট ক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেট মিনারেল ফেজের হাইড্রেশনের তাপ যত কম হবে, এর হাইড্রেশন পণ্যগুলির সেটিং এবং শক্ত হওয়ার হার তত দ্রুত হবে।

1.2 হাইড্রেটেবল অ্যালুমিনা

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 ডিগ্রি ), যার ফলে উপাদান কণাগুলিকে একত্রে বন্ধন করে এবং সবুজ শক্তি তৈরি করে। ফলস্বরূপ, অনেকটা ক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেট সিমেন্ট (CAC) এর মতো, HA-কে হাইড্রোলিক বাইন্ডার হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। এটা উল্লেখ করা উচিত যে ক্রিস্টালাইন বায়রাইটের গঠন কণার আকার, হাইড্রেশন তাপমাত্রা, প্রতিক্রিয়া সময় এবং pH মানের উপর দৃঢ়ভাবে নির্ভরশীল।

1.3 সিলিকা সল বাইন্ডার

সিমেন্টে CaO-এর উপস্থিতি-বন্ডেড কাস্টেবল একটি সমস্যার দিকে নিয়ে যায় যেখানে উচ্চ তাপমাত্রায় তরল পর্যায়ের আয়তন বৃদ্ধি পায়; ফলস্বরূপ, অবাধ্য পদার্থের ক্ষেত্রে অনেক গবেষক বিভিন্ন CaO-মুক্ত বাইন্ডার ব্যবহার করার কথা বিবেচনা করেছেন। হাইড্রেটেড অ্যালুমিনা (HA) ছাড়াও, অন্যান্য CaO-মুক্ত বাইন্ডারগুলি ক্রমবর্ধমান মনোযোগ আকর্ষণ করে যার মধ্যে রয়েছে বিভিন্ন ধরনের কলয়েডাল বাইন্ডার বা সল-যেমন SiO2 সল, Al2O3 সল, কলয়েডাল স্পিনেল এবং কলয়েডাল মুলাইট। বর্তমানে, সবচেয়ে ব্যাপকভাবে প্রয়োগ করা এবং প্রযুক্তিগতভাবে পরিপক্ক ক্যালসিয়াম-মুক্ত বাইন্ডার হল সিলিকা সল। অন্যান্য বাইন্ডারের বিপরীতে, সল এর অন্তর্নিহিত স্থায়িত্ব তার বাঁধাই ক্ষমতার জন্য মৌলিক পূর্বশর্ত হিসাবে কাজ করে। একটি সিলিকা সল এর মধ্যে কঠিন কোলয়েডাল কণাগুলির পৃষ্ঠতলগুলি পৃষ্ঠের কার্যকরী গোষ্ঠীগুলির বিচ্ছেদ বা পার্শ্ববর্তী দ্রবণ থেকে নির্দিষ্ট আয়নগুলির নির্বাচনী শোষণের মাধ্যমে বৈদ্যুতিক চার্জ অর্জন করে। চার্জ নিরপেক্ষতা বজায় রাখার জন্য, অবিলম্বে এই চার্জযুক্ত কণাগুলির সংলগ্ন দ্রবণে অবশ্যই কঠিন পৃষ্ঠের বিপরীত চার্জ বহনকারী কাউন্টার{13}আয়নের সমপরিমাণ থাকতে হবে। চার্জড কণার পৃষ্ঠ এবং সন্নিহিত দ্রবণের মধ্যে ইন্টারফেসটি একটি "বৈদ্যুতিক ডাবল স্তর" গঠন করে: একটি উপাদান হল একটি স্থির স্তর যা কঠিন কণা পৃষ্ঠের সাথে সরাসরি যোগাযোগে অবস্থিত-যা "কম্প্যাক্ট লেয়ার" বা "স্টার্ন লেয়ার" নামে পরিচিত-যখন বাকি অংশটি (যেখানে ধনাত্মক বিন্দু থেকে দ্রবণের স্লিপ বিন্দুতে প্রসারিত হয় এবং ধনাত্মক তল থেকে দ্রবণটি বের হয়ে যায়) ঋণাত্মক আয়ন সমান হয়ে যায়) কে "ডিফিউজ লেয়ার" বলা হয়।
Although refractory castables bonded with silica sol exhibit significantly enhanced mechanical strength following high-temperature sintering (>1000 ডিগ্রী ) হাইড্রোলিক সিমেন্ট (যেমন CAC এবং HA) এর সাথে বন্ধনের তুলনায়, অসিন্টারহীন (বা কম-তাপমাত্রার তাপ-চিকিত্সা করা) ঢালাইযোগ্য দেহগুলির সবুজ শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে কম।

1.4 অ্যালুমিনা সল বাইন্ডার

সিলিকা সোলের বিপরীতে, অ্যালুমিনা সল এবং এর সাথে যুক্ত জমাট বাঁধা এবং শক্ত হওয়ার আচরণের উপর কম গবেষণা করা হয়েছে। অধিকন্তু, বেশিরভাগ প্রকাশিত গবেষণার ফলাফল ন্যানোস্কেল অ্যালুমিনা সলগুলির পরিবর্তে একচেটিয়াভাবে সাব-মাইক্রোন অ্যালুমিনা সাসপেনশনের সাথে সম্পর্কিত। এটি পরামর্শ দেয় যে বিদ্যমান ফলাফলগুলি ন্যানোস্কেলে সলগুলিতে সরাসরি প্রযোজ্য নাও হতে পারে। অ্যালুমিনা সাসপেনশনের মধ্যে থাকা কণাগুলির পৃষ্ঠের চার্জ pH মান, কঠিন সামগ্রী এবং সাসপেনশনকে স্থিতিশীল করার জন্য নিযুক্ত নির্দিষ্ট ইলেক্ট্রোলাইট দ্বারা নির্ধারিত হয়। বিশুদ্ধ অ্যালুমিনা সাসপেনশনে, অ্যালুমিনার ঘনত্ব বাড়ার সাথে সাথে পৃষ্ঠের চার্জ ধনাত্মক থেকে ঋণাত্মক হয়ে যায়। সাসপেনশন ঘনত্ব আরও বৃদ্ধির সাথে, নেট নেতিবাচক চার্জের মাত্রাও বৃদ্ধি পায়। পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার অবস্থার অধীনে অ্যালুমিনা সাসপেনশনের "স্থিরকরণ-ফ্লোকুলেশন" প্রক্রিয়া।