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耐火材料行业知识

耐火浇注料常用到的三种结合剂

耐火浇注料是由耐火骨料与基质粉料,加入一定量结合剂和添加剂共同组成。施工的时候,加水进行搅拌,使其具有较好流动性,进一步经过成型、养护使其凝结、硬化。因为其施工效率高、生产工艺简单等优点,耐火材料应用普遍,从钢铁工业的炼铁工序的高炉、热风炉、焦炉,到炼钢工序的转炉、连铸等加热炉均有所应用。另外,还用于水泥、玻璃等产业的窑炉以及焚烧炉等要求高温处理的位置。

  虽然耐火材料中主原料至关重要,但结合剂是不可缺少的重要组成部分。结合剂的作用即是将骨料和细粉颗粒胶结在一起,经过养护一定的时间,从而获得相应的脱模强度。耐火材料中的结合剂不仅要满足一定的常温性能,还要能够使得浇注料具有较好的高温使用性能,此外还需考虑该结合剂是否与浇注料中的其他物质发生反应,产生低熔相。不定型耐火材料所用的结合剂有许多种,其中常用的有铝酸钙水泥、溶胶及水合氧化铝等。

  1、铝酸钙水泥结合浇注料

  铝酸钙水泥作为结合剂的应用最为广泛。但是,由于铝酸钙水泥在使用时,不可避免的引入一定量的CaO,与耐火混合物中的其他氧化物结合,导致低共熔点混合物的形成。例如,在含有二氧化硅的体系中,铝酸钙水泥中的CaO与Al2O3与浇注料中添加的SiO2微粉反应生成了低共熔点相CAS2和C2AS,使得浇注料的抗渣性及高温性能下降。因此,为了避免在高温条件下,浇注料中有液相的形成,提高浇注料的耐腐蚀性与高温强度,从而延长浇注料的使用寿命,低水泥(1.0%≤W(CaO)≤2.5%)和超低水泥(0.2%≤W(CaO)≤1.0%)浇注料应运而生。虽然减少了CaO的引入,优化了浇注料的高温性能,但是由于其并未完全摆脱水泥的使用,所以其在高温条件下的使用依旧受限。

  2、溶胶结合浇注料

  凝聚结合一般指,在VanderWaals力作用下,尺寸接近的粒子凝聚而进行结合。溶胶结合是凝聚结合的一种形式。溶胶之所以可以作为耐火材料结合剂使用,是基于溶胶-凝胶技术,与混合物搅拌的过程中形成的网络絮凝结构,把耐火物料中的骨料包裹连接起来形成了坯体,从而为溶胶结合的浇注料提供脱模强度。

  硅溶胶是二氧化硅胶体均匀分布在水中而形成的胶体溶液,硅溶胶结合就属于溶胶结合。硅溶胶的缩合反应为:-Si-OH+HO-Si-=-Si-O-Si-+H2O,形成网络结构,从而提供强度。硅溶胶结合浇注料在混合、中低温强度、烧结性能、体积稳定性、高温强度等方面具有明显的优势。但是,常温养护后的硅溶胶结合浇注料脱模强度较低,因此不能广泛使用。

  3、水合氧化铝结合浇注料

  水合氧化铝(ρ-Al2O3)是一种遇水可水化的氧化铝(氧化铝的一种晶型),其结晶性能差。在常温下遇水发生水化反应形成拜耳石Al(OH)3和勃姆石溶胶AlOOH[16]。拜耳石和勃姆石溶胶均具备胶结和硬化作用,从而为水合氧化铝结合浇注料提供强度。在高温下,Al(OH)3及AlOOH最终转变为α-Al2O3,因此水合氧化铝结合的浇注料具有较高的高温强度。

  在含有二氧化硅的体系中使用时,避免了CaO的引入,提高了浇注料的液相生成温度,使得浇注料具有更高的高温强度。在不含有二氧化硅的体系中(比如钢包内衬用铝镁质浇注预制块),由于水合氧化铝在高温下最终转化为α-Al2O3,与体系中的MgO反应,生成了耐侵蚀且熔点高的镁铝尖晶石,从而使其高温性能较好,改善其抗侵蚀性。此外,水合氧化铝结合浇注料可大量吸收渣中CaO,使得渣碱度下降,还形成了CA6致密层,阻挡CaO进一步渗透到材料内部,从而增强了材料的抗渣渗透能力。

  但是水合氧化铝作为结合剂也存在一定的缺点,例如,水合氧化铝结合浇注料生坯强度低,即浇注料的脱模强度低。此外,在烘烤过程中,水合氧化铝结合浇注料的水化产物在较短的温度范围内迅速脱水,其显气孔率较低,并且随着温度的升高,显气孔率保持不变,所以透气性较差,抗爆裂性能差。


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