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耐火知识
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编辑:admin   分类:耐火知识   发布:2022-12-06 10:33:38   浏览:次

       耐火材料中主原料至关重要,结合剂是不可缺少的成分。要制得高质量的耐火材料,除选用优质原料外,结合剂也起到重要作用。特别是谈到不定形耐火材料结合剂的时候,说结合剂能够决定制品的功能并不过分。就是说不定形耐火材料不像成形制品那样需要成形烧成,它有各种不同成形方法。随着不定形耐火材料的迅速发展和施工方法的改进,对结合剂寄于了更大的期望。因此,它日益变得重要起来。

  1定义和要求

  给结合剂下定义是困难的,也有着不同的说法。但在此可作以下定义:即指将耐火粗颗粒料和粉料组成的散状耐火材料胶结在一起的物质,也称“胶结剂”或“粘结剂”。根据该定义,结合剂应具有以下性能:

  1)能常温硬化;

  2)硬化时体积变化小;

  3)到高温时也有强度;

  4)不能降低耐火性能;

  5)对人体和环境没有影响;

  6)成本低;

  7)供应稳定等。

  高铝水泥,硅酸钠和磷酸铝能满足以上要求,并有了广泛应用。

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  2结合剂的分类

  关于耐火材料的结合剂的分类方法有很多种,对此仅从硬化作用角度来进行分类,一般情况下需考虑到粘着结合和陶瓷结合两方面并用。但对不定形耐火材料来说,只考虑粘着结合分类则较为方便。

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  图1结合剂分类示意图

  3结合方式

  关于结合剂在不定形耐火材料中的硬化作用可以分为多种结合形式,各种结合形式有其各自的适用范围和特点。下面将具体分析各种结合方式。

  3.1粘着结合

  在反应结合的结合剂中不加入硬化剂或者有机磷膏状剂等,而且不发生硬化反应,依靠粘着性进行结合,称为粘着结合。实际上就是与高温下的陶瓷结合并用,通常在硬化时必须加热,而且,不定形耐火材料过去多半利用粘着结合,使用纸浆废液、糊精、羧基甲醚纤维素作结合剂。浇注料、耐火可塑料、喷补料、火泥等就文字意义而言,就是被粘着的耐火材料,主要使用上述结合剂。

  3.2凝聚结合

  所谓凝聚结合,是指分散状态的粘土或氧化物悬体由于凝集而产生的硬化反应。过去利用这一方式研制的不定形耐火材料只有捣打料及耐火可塑料,不包括浇注料。但是近年来,在分散及凝集研究反面有所进展,实行浇注法施工,根据利用分散剂及凝集剂的作用不断研究出新形浇注料,不局限把浇注料只分为水合结合和反应结合两类,而是把所研制成功的浇注料作为第三种浇注料来分类。由于这些浇注料是利用粘土与氧化物超细粉在水中的分散凝集作用制成的,所以又被称为粘土结合浇注料或超细粉结合浇注料。

  图2显示出了凝集结合的模拟分类,一般在具体情况下不定形耐火材料是按所采用的结合剂进行分类。

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  图2凝聚结合的模拟分类图

  关于凝聚结合的浇注料可分为以下几类:

  3.2.1高铝水泥结合的浇注料

  高铝水泥结合浇注料的组成成分为高铝水泥、氧化铝细粉、分散剂及凝结调节剂。提高高铝水泥中的Al2O3含量,就是为改善水合结合,应用氧化铝水泥在分散凝集方面比较适用,因为它利用了氧化铝细粉的凝集效果,所以考虑选用它作为凝集结合的一种结合剂。所采用的添加剂为羟基羧酸盐、碳酸钠、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、磺酸系阴离子表面活性剂等。

  3.2.2粘土结合浇注

  粘土结合浇注料的组成成分为粘土、氧化铝水泥(或其它凝集剂)、分散剂。以粘土为主体时,把氧化铝水泥作为凝集剂使用,或者以氧化铝水泥为主体时,都是利用粘土的分散凝集作用和氧化铝水泥的凝聚作用。因此,采用氧化铝水泥时属于水化结合。

  3.2.3超细粉结合浇注料

  利用超细粉(SiO2、Al2O3、TiO2、Cr2O3等)代替粘土的分散凝聚作用时,可认为基本上属于同一类结合。当同时使用高铝水泥和粘土时,为确保可使用时间,必须使凝聚剂在某个时间内不起作用,为此应加入具有金属离子封锁能力的添加剂。实际上所用的分散剂为磷酸盐聚丙烯酸盐等。由于它们均具有金属离子封锁力,所以,通过改变分散剂的方法来控制可使用时间。

  这样,利用分散凝集作用研制的新形浇注料的特点如下:

  质地致密(因加水量少);

  低熔点生成物少(高铝水泥等结合剂数量少)。

  其缺点是:必须注意干燥制度、硬化时间及可使用时间的控制比较困难。

  3.3化学结合

  所谓化学结合,系指利用酸或碱等的化学反应所产生的结合,具有代表性的是磷酸盐系统,碱金属硅酸盐系统。此外,近年来又利用酚醛树脂一类结合剂,在常温或干燥温度下发生反应硬化,即所谓树脂结合。

  3.3.1磷酸盐+硬化剂

  通常多是将磷酸铝与氧化镁配合使用,除此之外,还研制成各种磷酸盐类结合剂,以及氧化镁以外的硬化剂,一般情况下使用较困难,所以,除特殊用途外,不使用此类结合剂。

  3.3.2碱金属硅酸盐+硬化剂

  一般采用硅酸钠(水玻璃)与硬化剂氟硅化钠反应而生成nSiO2起结合作用,其反应如下:2(Na2O·nSiO2)+Na2SiF6→6NaF+(2n+1)SiO22Na2O·6SiO2+1/2Na2SiF6+xH2O→Na2O·4SiO2·yH2O+1/2SiO2·zH2O+3NaF3(Na2O·nSiO2)+Na2SiF6→6NaF+Na2SiF6+3nSiO2但无论是哪一种反应,由于其生成物为低熔点物质,因而不能用来作高温结合剂,多半用来生产低温用耐火浇注料。

  3.3.3酚醛树脂+硬化剂

  当不定形耐火材料需要常温硬化时,通常多采用甲阶酚醛树脂及硬化剂。

  3.4水化结合

  在不定形耐火材料中主要使用高铝水泥作水合结合的代表性结合剂,利用氧化铝细粉或分散剂,即可起到结合作用。

  3.5陶瓷结合

  由于需用一定的热量,所以很少单独使用此种方法,而且需要采用与常温结合不同的结合剂。最具代表性的结合剂为粘土,常温时起凝集结合作用,高温时起陶瓷结合作用。尽管粘土还存在着缺点,但是用它作不定形耐火材料的结合剂时也有着许多优点,可用于生产凝集结合形浇注料。

  除此之外,还可用金属粉作陶瓷结合剂,特别是采用硅粉及铝粉者居多。加入金属粉的优点是可以在较大范围内提高高温强度。另外,Si与C发生反应,生成β-SiC,而金属Al与之反应则生成Al4C3。如果发生氧化,仅形成SiO2及Al2O3,在耐火材料组成方面较少出现问题。

  金属铝和硅除了作为结合剂使用之外,还可以用含碳耐火材料的防氧化剂及耐火浇注料的防爆剂。由此可见,使用金属粉有许多突出优点,但是由于其反应能力较强,在不定形耐火材料中使用时要有一定限制。

  4结语

  以上叙述了不定形耐火材料用结合剂的现状,下面就其未来发展形式及存在问题作一讨论。

  首先,要提高纯度,提高熔点。通常使用的结合剂容易生成较多的低熔点相,应将低熔点结合剂改为高熔点结合剂,而且其加入量亦应适当减少。

  例:高铝水泥→高铝浇注料(含高铝水泥15%左右)→凝集结合浇注料(含高铝水泥2%~5%)。

  另外,降低水分也很重要。对于不定形耐火材料来说,施工中用水混练时,必须进行干燥,而且水分越多,越容易形成多孔体。就耐火材料的强度和抗侵蚀性而言,气孔越少,这两项性能越好。此外,各种结合剂的配合使用也很重要。将硬化形式不同的而且特点也不同的各种结合剂配合使用,可使不定形耐火材料从低温到高温具有均匀的强度,并有效防止脱落。

  随着结合剂性能的提高,并且将多种结合剂配合使用,导致处理复杂化,而且可使用时间及硬化时间的控制也比较困难。因此,正在继续研究性能优异、使用方便及贮存效果好的结合剂。

  除了要求不定形耐火材料具有较高的性能之外,还要求降低其价格。因此,今后应当研究如何降低结合剂的价格及提高其质量的问题。