耐火浇注料结合剂的种类及发展

文章编辑：耐火材料发表时间：2022-03-30 浏览次数：452次

耐火浇注料中结合剂对施工和使用性能具有重要影响，因而，结合剂随着耐火浇注料的开展而疾速提高。依据结合剂硬化条件和结合性质差别，可将其分为热硬性、水硬性和气硬性结合剂;依据结合机理来分，可将其分为缩聚结合、粘着结合、水化结合和化学结合等，并向着凝聚结合开展。

1、气硬性结合剂

气硬性结合剂是指在空气中、常温下即可凝结、硬化且具有高强度的结合剂，它次要有水玻璃和磷酸盐类。水玻璃(Na2O·nSi2O)是多种硅酸钠盐的混合物，可在室温下凝结和硬化，往往添加一定量的外加物(酸或金属离子)，使水玻璃发作中和反响，减速硅酸钠的水解，硅氧凝胶析出并凝聚以促进水玻璃的硬化进程。在升温进程中，水玻璃在温度高于50℃以上时开端脱水，大部分水分在温度高于100℃时被脱除，水分在300℃左右时根本被排完。水玻璃的脱水曲线如图1所示。由于水分脱除，水玻璃结合浇注料会发生一定量的体积紧缩，致密度和强度大幅度提高。

图1水玻璃结合浇注料的脱水曲线

当温度降低至300-500℃时，水玻璃结合浇注料构造没有分明变化，强度在400℃左右时达值。这是由于硅氧凝胶体脱水后，局部SiO2转变为β-石英微晶体使浇注料构造密实;当温度降低到600℃时，水玻璃结合浇注料发生体积收缩，气孔添加，构造松懈，强度下降，这是由于β-石英在573℃时发作晶型转变;而当温度降低到600-700℃时，水玻璃结合浇注料中有少量二硅酸钠生成，这些二硅酸钠发作结晶进程，且构成的玻璃化组分转变为弹性态，因而，水玻璃结合浇注料的强度进步;当温度降低到700℃-900℃时，浇注料中呈现二硅酸钠(熔点为874℃)等液相，使浇注料发生体积膨胀，低温强度降低。另外，由于水玻璃中含有一定量的钾或钠，影响了水玻璃结合浇注料耐高温功能。因而，由于水玻璃粘结性好、廉价、环保、使用方便等突出优点，广泛应用于在可塑料、复合耐火泥、喷补料和耐火浇注料中。

2、水硬性结合剂

水硬性结合剂是必需与水停止反响，在湿润环境中养护才干凝结硬化的结合剂。浇注料中常用的水硬性结合剂次要有铝酸盐水泥、ρ-Al2O3等，其中铝酸盐水泥是运用最普遍，它的化学组成次要是Al2O3和CaO，其矿物组成以一铝酸钙(CA)、二铝酸钙(CA2)和七铝酸十二钙(C12A7)为主。

作为水硬性结合剂的典型代表，铝酸盐水泥具有的流变性能和高的晚期强度，是浇注料中最为普遍运用的结合剂之一。在水化反响进程中，铝酸盐水泥发生水化产物(如CAH10、C2AH8和C3AH6)和氧化铝凝胶(AH3)等，这些水化产物互相交织并包裹颗粒，使浇注料具有高的强度。图3是铝酸盐水泥结合浇注料水化-凝结的进程示意图。由于铝酸盐水泥构造中钙离子的配位数小于比正常的配位数，因而很容易在构造中发生“空泛”，使其在水化进程中水/氢氧根离子进入“空泛”中构成水化铝酸钙，发生互锁网络状构造，为浇注料提供较高的晚期强度。在养护进程中，铝酸盐水泥水化产物由CAH10和C2AH8向C3AH6相转变，此进程随同着体积膨胀，孔隙率添加，招致浇注料结合强度降低。而在升温进程中，这些水化物会发生脱水和分解作用，使浇注料颗粒间的结合由水化结合转变为烧结结合，为浇注料提供低温强度。

图3水泥结合浇注料水化进程示意图

依据不同Ca0含量，铝酸盐水泥结合浇注料可分为传统水泥结合浇注料、低水泥结合浇注料、超低水泥结合浇注料和无水泥结合浇注料。其中，当水泥含量为15-20%时，称为传统水泥结合浇注料。在升温进程中，传统水泥结合浇注料由于加水量较多，孔隙率降低、构造松懈，强度降低。另外，高加水量(8-15%)也会使浇注料在升温进程中发生少量水蒸汽，容易爆裂和剥落。因而，铝酸盐水泥结合浇注料的养护工艺复杂，水化-脱水进程形成浇注料体积猛烈变化，使浇注料的强度和体积稳定性降低，呈现裂纹和剥落。所以，为了克制传统水泥结合浇注料的缺陷，浇注料向着低水泥、超低水泥和无水泥的方向开展。另外，随着冶金精炼钢包化和钢液保温工夫的延伸等工艺的采用，浇注料中应增加水泥结合剂的含量，以防止其中的CaO在低温下与SiO2和Al2O3等构成的低熔相，进步浇注料低温下的功能和抗渣性。但是，水泥添加量降低会招致生成的水化产物的量减少和浇注料的晚期强度降低。因而，铝酸盐水泥的水化进程对浇注料功能有重要影响。

3、热硬性结合剂

热硬性结合剂指是在高于常温下(>105-350℃)可疾速凝结、硬化的结合剂。其中，罕见的热硬性结合剂次要是磷酸及磷酸盐结合剂等，其中磷酸铝是使用最普遍的热硬性结合剂之一。磷酸铝通常是由Al(OH)3和H3PO4反响制得，反应式如下：

磷酸铝在凝结与硬化进程中转变为焦磷酸铝和偏磷酸铝，并发作聚合反应：

由反应式(1.4-1.7)可知，在温度低于500℃时，磷酸盐化合物的转化进程是一个脱水进程，这招致在枯燥阶段浇注料发生分明的膨胀。此时浇注料的气孔率添加、体积密度降低。此时，由于磷酸铝(AlPO4)的析出、焦磷酸铝(Al4(P2O7)3)和偏磷酸铝(Al(PO3)3)的构成和聚合，使耐火材料的强度明显进步。当温度降低到800℃时，浇注料的强度。这是由于在温度降低进程中，耐火材料中磷酸盐类化合物的构成和资料体积的收缩，使耐火材料构造密实，取得一定的预应力，从而进步资料的结合强度。当温度降低到900-1000℃时，AlPO4发作晶型转化，且AlPO4和Al4(P2O7)3分解出的P2O5开端挥发，使耐火材料的强度降低。

AlPO4发作晶型转变详细进程为：高温石英型磷酸铝在586℃可转化为低温石英型磷酸铝，继而在815℃转化为鳞石英型，鳞石英型在1025℃转化为方石英型。在AlPO4晶型转变进程中，浇注料的体积发作猛烈变化，在其外部应力集中构成裂纹，使资料的强度降低。当温度到达1300-1500℃时，磷酸盐分解为AlPO4和P2O5。而AIP04在1760℃以上时发作分解，最初只剩下Al2O3。

磷酸盐结合刚玉质浇注料的中温强度较高，但这种耐火材料经低温热处理后含有较多的玻璃相，使得磷酸盐结合刚玉质耐火材料具有低的显气孔率和高的常温强度和弹性模量。由于AlPO4结合刚玉质浇注料的气孔率和外表能低，较难被渣润湿，使其具有良好的抗渣性。但是，玻璃相招致浇注料的低温强度较低。

4、陶瓷结合剂

陶瓷结合剂是在上世纪90年代被开发的，该零碎由包括高度可分散的细粉(如SiO2微粉)、无机和无机添加剂。其中，高稠度陶瓷结合剂悬浮液是最典型的一种陶瓷结合剂，它采用无机酸、氯化物(或溶胶)等作为分散性介质。由于它的酸碱性不同，其结合机理也不同。研讨发现，陶瓷结合剂为浇注料提供更细的毛细管构造。在低水泥结合浇注料中，烧成温度决议了孔构造。例如，假如在原始形态下气孔的次要直径为0.01-0.1μm，而在1000℃烧成之后则其直径增大为0.2-20μm。因而，高稠度陶瓷结合剂可消费出高性能浇注料。而且由于它采用湿法消费，不含有毒成分，所以能无效降低资源耗费，保护环境。

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