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耐材百科

不定形耐火材料用結合劑種類及選用原則

  結合相(結合劑)對耐火材料性能的影響較大,若結合相為低熔點物相,則材料在高溫下的抵抗熱、重負荷和耐侵蝕性能均會顯著降低;反之,若結合相為高熔點晶相,則能改善上述性能。不定形耐火材料主要依靠結合相的作用使其結合為整體,結合相的性質在很大程度上對其常溫、中溫和高溫性能起決定性作用。因此,在選擇不定形耐火材料的結合相時,要盡量減少結合相對高溫性能可能帶來的不利影響。

  不定形耐火材料用結合相的結合方式主要包括水合結合、化學結合、陶瓷結合、黏著結合和凝聚結合五類。

  (1)水合結合是借助于常溫下結合劑與水發生水化反應形成水化產物而產生結合,以此方式發生作用的結合劑主要有鋁酸鈣水泥、硅酸鹽水泥、ρ-Al2O3、MgO+活性SiO2等。

  (2)化學結合是借助于結合劑與耐火材料(氧化物集料),或結合劑與硬化劑之間在常溫下發生化學反應生成新化合物,聚合(縮合)交聯而產生結合的,因此有時也稱為聚合結合,使用該結合方式的結合劑有磷酸或磷酸鹽(加或不加硬化劑)、硅酸鈉或硅酸鉀(加或不加硬化劑)、酚醛樹脂(加硬化劑)等。

  (3)陶瓷結合是在不定形耐火材料中加入可降低燒結溫度的助劑或金屬粉末,以大大降低液相出現溫度,促進低溫下固-液反應的進行,因此也稱為低溫燒結結合。此類結合劑的代表主要是某些硼酸鹽、氟化物和硼、鈉玻璃等,金屬粉末有Si、Al、Mg等粉末。

  (4)通過黏著結合方式發生作用的結合劑多數為有機結合劑,如糊精、糖蜜、阿拉伯樹膠、紙漿廢液、羧甲基纖維素、瀝青、聚乙烯醇、乙烯基聚合物、酚醛樹脂等。其中有些屬于暫時性結合劑,經高溫處理后會燃燒掉;有的屬于永久性結合劑,經高溫處理后會碳化而形成碳結合。此外,也存在一些無機結合劑具有黏著結合作用,如磷酸二氫鋁、水玻璃等。

  (5)凝聚結合就是靠微粒子(膠體粒子)之間相互吸引緊密接觸,借助于范德華力而結合在一起,在使用時須加凝聚劑才能使膠體粒子發生凝聚而產生結合??僧a生凝聚結合的材料有黏土微粉、氧化物超細粉(SiO2、Al2O3、TiO2、Cr2O3等)、硅溶膠、鋁溶膠和硅鋁溶膠等。

  目前,結合劑選用原則主要遵循兩個原則,即與材質的匹配原則、與施工方法的適用原則:

  (1)與材質的匹配原則不定形耐火材料結合劑選用原則首先考慮與材質匹配原則。對于同類結合劑,由于化學純度、組成不同,其耐高溫性能也不同。所選用的結合劑不應明顯降低材料的高溫性能,降低材料檔次和牌號。選用水合、凝聚結合劑的化學組成與主材質的盡可能相一致,這樣便可制得所謂“自結合”的澆注料,由此盡可能避免結合劑作為雜質而產生低熔點相。由于無機類結合劑多數含有降低耐火材料高溫性能的有害雜質(如CaO、Na2O、K2O等),為了提高高溫使用性能,不定形耐火材料的結合方式已由水合結合和化學結合向凝聚結合的方向發展。低水泥、超低水泥結合澆注料就是水合結合和凝聚結合的復合,由此大幅度減少了CaO等雜質含量。此外,選用結合劑要考慮其與所用原料的潤濕性、黏結性等因素。結合劑應不與其所用的耐火原料發生激烈的促凝反應。

  (2)與施工方法的適應性所謂施工方法的適應性,就是要考慮結合劑的凝結硬化方式、凝結時間、對材料流變特性等的影響。澆注料應選用產生水合結合、化學結合、凝聚結合的結合劑。

  不定形耐火材料原理中主晶相、次晶相、結合相的匹配原則,本文確定以鎂鋁尖晶石作為主晶相,其作用是提供澆注料的抗硫堿侵蝕性、抗結皮性、耐高溫性能。以MgO微粉、Al2O3微粉、活性SiO2、H2O作為結合相,在常溫下通過MgO微粉發生水化反應,進而與SiO2反應產生化學結合,還依靠微粉的凝聚結合,形成復合結合方式,提供澆注料足夠的常溫強度;在中高溫下,MgO、Al2O3和SiO2發生化學反應生成與堇青石礦物組成相似的陶瓷結合相,提供澆注料的中高溫強度。以堇青石作為次晶相,其作用之一是與鎂鋁尖晶石復合,利用兩者之間熱膨脹系數的差異,使得澆注料骨料之間、骨料和結合相之間產生微裂紋或弱界面,能夠吸收由于溫度急變而產生的熱應力,提高澆注料的抗熱震性;其作用之二是堇青石礦物組成和澆注料結合相組成相似,沒有引入異類組分而降低澆注料的中高溫性能。

  對實驗所用各種原料的物相或粒度進行了分析,如鎂鋁尖晶石微粉、MgO微粉、Al2O3微粉。

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