不定形耐火材料的結(jié)合方式及其發(fā)展動態(tài).doc

不定形耐火材料的結(jié)合方式及其發(fā)展動態(tài)摘要:從不定形耐火材料的結(jié)合方式來看，一方面其發(fā)展趨勢為水合結(jié)合到化學結(jié)合到水合結(jié)合+凝聚結(jié)合到凝聚結(jié)合，實際上也就是由會帶入高雜質(zhì)的結(jié)合劑向低雜質(zhì)、以至無雜質(zhì)的結(jié)合劑方向發(fā)展，即向提高不定型耐火材料純度方向發(fā)展。另一方面，發(fā)展趨勢為高水份到低水份到無水份，實際上也就是由低密度向高密度方向發(fā)展。一、引言不定形耐火材料的結(jié)構(gòu)強度取決于三種結(jié)合力：（A）結(jié)合相本身的結(jié)合力；（B）結(jié)合相與集料相之間的結(jié)合力；（C）集料相顆粒本身（晶相與晶相、晶相與非晶相）的結(jié)合力。在超過材料所能承受的最大應力作用下，若（A）（B）和（C），則材料通過結(jié)合相斷裂：若（B）（A）和（C），則材料沿結(jié)合相與集料相是界斷裂；若（C）（A）和（B），則材料必然穿過集料相顆粒斷裂。不定形耐火材料一般是由連續(xù)的結(jié)合相和不連續(xù)的集料相組成的。但一般說集料相顆粒的強度要比結(jié)合相大，因此，不定型耐火材料的結(jié)構(gòu)強度是受結(jié)合相所控制，也就是說結(jié)合劑是決定不定形耐火材料結(jié)構(gòu)強度的主要組成份。二、結(jié)合方式與結(jié)合機理不定形耐火材料用的結(jié)合劑，按其結(jié)合方式可分為如下幾種：水合結(jié)合、化學結(jié)合、陶瓷結(jié)合、粘著結(jié)合和凝聚結(jié)合。（1）水合結(jié)合：所用的結(jié)合劑有鋁酸鈣水泥、硅酸鹽水泥、A2lO3等，水合結(jié)合是借助于常溫下結(jié)合劑與水發(fā)生水化反映生成化產(chǎn)物而產(chǎn)生結(jié)合。水結(jié)合的膠結(jié)材料在常溫下進行水化反映需要有一定的時間，因此具有一定的凝結(jié)和硬化時間，這類材料主要用作耐火澆注料的結(jié)合劑。（2）化學結(jié)合：所用的結(jié)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等。它們是借助于結(jié)合劑與耐火材料（氧化物集料）、或結(jié)合劑與硬化劑之間在常溫下發(fā)生化學反應或加熱時發(fā)生化學反應生成新化合物或聚合（縮合）交聯(lián)而產(chǎn)生結(jié)合的，因此有的也含有聚合結(jié)合作用。化學結(jié)合劑加硬化劑時主要用作耐火澆注料的結(jié)合劑，而不加硬化劑時則用作搗打料，可塑料和涂料的結(jié)合劑。（3）陶瓷結(jié)合：或稱低溫燒結(jié)結(jié)合，是在不定形耐火材料中加入可降低燒結(jié)溫度的助劑或金屬粉末，以大大降低液相出現(xiàn)溫度，促進低溫下固液反應而形成低溫燒結(jié)結(jié)合，所用的低溫燒結(jié)助劑有某些硼酸鹽、氟化物和硼、鈉玻璃等，金屬粉末有SiAAlMMg等粉末。使用燒結(jié)助劑是借助在500-1000的低溫下首先產(chǎn)生粘性液相將集料顆粒粘結(jié)在一起，隨后隨著溫度提高依靠液固之間的高溫化學反應，生成具有更高熔融溫度的結(jié)合相而產(chǎn)生堅固的結(jié)合如在剛玉質(zhì)干式震動料中加入少量的硼酐，硼酐在577即可發(fā)生熔融生成粘性液腥，隨后與a-A2lO3發(fā)生液固反應生成具有更高熔融溫度的化合物2A2lO32B2O3（不一致熔融溫度1035）、9A2lO32B2O3（不一致熔融溫度1950）而將剛玉集料固結(jié)在一起。這類結(jié)合劑主要用作干式震動料的結(jié)合劑，干式震動料可用于作感應爐內(nèi)襯和高溫熔融流槽、容器等內(nèi)襯。4）粘著結(jié)合：可形成粘著（粘附）結(jié)合的結(jié)合劑多數(shù)為有機結(jié)合劑，如糊精、糖蜜、阿拉伯樹膠、紙漿廢液、 甲基纖維素、瀝青聚乙烯基聚合物和酚醛樹脂等合成樹脂，其中有的為暫時性結(jié)合劑，經(jīng)高溫處理后會燃燒掉，有的為永久性結(jié)合劑，經(jīng)高溫處理后會碳化而形成碳結(jié)合，也有一些無機結(jié)合劑具有粘著結(jié)合作用，如磷酸二氫鋁、水玻璃等。粘附結(jié)合的結(jié)合劑多半用于作耐火泥漿、涂料、噴涂料和搗打料的結(jié)合劑，含碳和碳化硅質(zhì)不定形耐火材料多半用這類結(jié)合劑。（5）凝聚結(jié)合：可產(chǎn)生凝聚結(jié)合的材料有粘土微粉、氧化物超微粉（SiO2、A2lO3、TiO2、Cr2O3等）、硅溶膠、鋁溶膠和磚鋁溶膠，凝聚結(jié)合就是靠粒子（膠體粒子）之間相互吸引緊密接觸，借助于范德華力而結(jié)合在一起，但使用時必須加凝聚劑才能使膠體粒子發(fā)生凝聚而產(chǎn)生結(jié)合。產(chǎn)生凝結(jié)合的材料主要用于作耐火澆注料的結(jié)合劑，也可用于作耐火搗打料、涂料等的結(jié)合劑。三、結(jié)合方式的演變在不定形耐火材料中，便于機械化施工的是澆注料和噴補（噴涂）了，因此始終能夠得到穩(wěn)定發(fā)展的就是澆注料和噴補（噴涂）料，如以日本不定形耐火材料的品種變化為例，從1955年到1986年澆注料和噴涂料產(chǎn)量在不斷增長，而其他不定形耐火材料卻在下降。到85年，澆注料已占不定形耐火材料的40%。其他國家的發(fā)展也大致相似，因此這里重點介紹澆注料結(jié)方式的演變。最早的耐火澆注料是用礬土水泥結(jié)合的硅酸鋁澆注料，由于礬土水泥中CaO含量較高，它灰與硅酸鋁澆注料中集料的A2lO3和SiO2反應生成C2AS或CAS2低熔物，大大降低硅酸鋁澆注料的耐火度和高溫性能，一般只能在1300以下使用。因此到六十年代前后發(fā)展了低鈣鋁酸鹽水泥和純鋁酸鈣水泥，它們的礦物是以CaO2A2lO3為主，使鋁酸鈣水泥中的CaO含量又3335%降低到21-25%，這樣就會使用高鋁集料和剛玉集料所制成的澆注料的使用溫度又1350以下提高到1450-1600。但是，采用低鈣酸鹽水泥和純鋁酸鈣水泥，仍有一定量的CaO帶入耐火澆注料中，影響其高溫結(jié)構(gòu)強度和其他高溫性能，因此近十年來，國外在致力于開發(fā)研究低水泥和超低水泥耐火澆注料（4）（5），以至無水泥澆注料使?jié)沧⒅械匿X酸鈣水泥加入量由15-20%降低到5-7%（低水泥澆注料）、1-3%（超低水泥澆注料）和0%（化學結(jié)合、凝聚結(jié)合澆注料）。這一系列的演變過程，使耐火澆注料的高溫應用技術(shù)性得到了很大的改善。從而使應用效果大大提高。但在無水泥澆注料中，化學結(jié)合的澆注料也有一些不足之處，因為化學結(jié)合所用的結(jié)合劑有磷酸鹽類、硫酸鹽類、硅酸鹽類等大呢感，這些結(jié)合劑不是在使用中會分解揮發(fā)出有害氣體（P205、SO2等）、腐蝕設備一起、污染環(huán)境，就是使用不方便（多數(shù)在使用前需經(jīng)捆料），或多少會帶進其他耐火澆注料高溫性能的雜質(zhì)（如硅酸鹽類結(jié)合劑中的Na2O、K2O等），而凝聚結(jié)合的澆注料，因為凝聚結(jié)合所用的結(jié)合材料可以是與澆注料同成份的超微粉加很少量的速效促凝劑，或同成份的溶膠加很少量的速促凝劑，這樣就可以不茳芏耐火度和使用溫度，而且還可能在使用中形成自結(jié)合或直接結(jié)合結(jié)構(gòu)，從而提高材料的高溫結(jié)構(gòu)強度，同時加有超微粉的澆注料還可大大降低成形時的用水量，降低氣孔率，提高抗高溫熔體的滲透性和侵蝕性。四、結(jié)語不定形耐火材料的結(jié)合方式來看，一方面其發(fā)展趨勢為水合結(jié)合、化學結(jié)合 、水合結(jié)合+凝聚結(jié)合 、凝聚結(jié)合，實際上也就是由會帶入高雜質(zhì)的結(jié)合劑向低雜質(zhì)，以至無雜質(zhì)的結(jié)合劑方向發(fā)展，即向提高不定形耐火材料純度方向發(fā)展。另一方面，發(fā)展趨勢為高水份 、 低水份 、無水份，實際上也就