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不定形耐火材料常見(jiàn)的結(jié)合方式

     不定形耐火材料的性能不僅僅與其主材質(zhì)和粒度組成有關(guān)，還與其結(jié)合劑的選擇密切相關(guān)。從結(jié)合方式看，由水 化結(jié)合一化學(xué)結(jié)合一水化結(jié)合+凝聚結(jié)合一凝聚結(jié)合的方向發(fā)展，即從可能帶入高雜質(zhì)的結(jié)合劑向低雜質(zhì)，乃至無(wú)雜 質(zhì)的結(jié)合劑的方向發(fā)展，進(jìn)而極大地改善了耐火材料的潔凈度。結(jié)合劑按照結(jié)合機(jī)理的不同來(lái)劃分，可分為水化結(jié)

合、化學(xué)結(jié)合、凝聚結(jié)合、縮聚結(jié)合、黏附結(jié)合和陶瓷結(jié)合六大類。

1、水化結(jié)合

      水化結(jié)合是指常溫下通過(guò)與水發(fā)生反應(yīng)，生成水化物后相互交錯(cuò)凝結(jié)、硬化并獲得一定的強(qiáng)度。常見(jiàn)的有鋁酸鹽

水泥、p-Al2O3 等。

      鋁酸鹽水泥主要適用于偏酸性或中性的噴補(bǔ)料。以水泥為結(jié)合劑的噴補(bǔ)料附著率較低、體積穩(wěn)定性差。在水泥結(jié) 合噴補(bǔ)料中添加有機(jī)酸可改善水泥結(jié)合噴補(bǔ)料的附著性，這是因?yàn)橛袡C(jī)酸可以在分散后的短時(shí)間內(nèi)使噴補(bǔ)料凝固。水 泥結(jié)合鎂質(zhì)噴補(bǔ)料主要是通過(guò)具有一定可塑性的液層與待噴補(bǔ)面粘結(jié)在一起的。因此，當(dāng)液層的粘性越高時(shí)，噴補(bǔ)料 抵抗外加剪切力的能力就越強(qiáng)，從而就可增大噴補(bǔ)料與待噴補(bǔ)面間的粘結(jié)強(qiáng)度，使得噴補(bǔ)層的結(jié)構(gòu)和耐用性更好。對(duì)

于鋼包和精煉爐中局部損毀或薄弱的位置適合使用這類噴補(bǔ)料。

        氯氧鎂水泥適合用于堿性體系中。氯氧鎂水泥是由氯化鎂溶液和氧化鎂材料通過(guò)一定的比例反應(yīng)得到的，其中氯 化鎂的存在使得氧化鎂快速持續(xù)地水化，形成大量的結(jié)晶體，這些結(jié)晶體相互咬合形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生強(qiáng)度。但氯 氧鎂水泥的強(qiáng)度等性能尚不能滿足某些使用要求。為了提高其強(qiáng)度，蔣述興[36]等人通過(guò)將鎂質(zhì)膠凝材料與氯化鎂溶 液混合，制備了復(fù)合型的氯氧鎂水泥硬化體，該硬化體具有較高的強(qiáng)度。但是氯氧鎂水泥的穩(wěn)定性仍然沒(méi)有得到解

決，在潮濕的使用環(huán)境下，氯氧鎂水泥會(huì)出現(xiàn)返鹵現(xiàn)象，限制了其進(jìn)一步的使用。

2、 化學(xué)結(jié)合

     化學(xué)結(jié)合是指結(jié)合劑與物料之間發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，并生成具有一定結(jié)合作用的物質(zhì)，從而使材料具有強(qiáng)度的一 類結(jié)合劑。

      磷酸鹽結(jié)合劑是采用不同酸度和聚合程度的磷酸鹽來(lái)制備的。在磷酸鹽結(jié)合劑中，其酸性越大，與堿性原料的反 應(yīng)就越快。像單磷酸鋁等強(qiáng)磷酸鹽，在30秒左右即發(fā)生反應(yīng)和固化。但是，這對(duì)噴補(bǔ)料來(lái)說(shuō)時(shí)間太短，因?yàn)閲娧a(bǔ)層必 須保證后續(xù)物料的結(jié)合和嵌入。對(duì)于中性偏磷酸鈉來(lái)說(shuō)，固化時(shí)間太慢，它僅適用于搗打料和澆注料，在噴補(bǔ)料中， 它不能讓噴補(bǔ)層快速穩(wěn)定。在堿性噴補(bǔ)料的結(jié)合劑中，使用較多的是聚合磷酸鹽。當(dāng)其與氧化鈣一起使用時(shí)，聚合磷  酸鈉可與氧化鈣反應(yīng)生成高熔點(diǎn)的磷酸鈣鈉和磷酸三鈣，使噴補(bǔ)層與待噴補(bǔ)面間形成直接結(jié)合，從而獲得附著性和耐 用性較好的鎂質(zhì)噴補(bǔ)料。

     硅酸鹽結(jié)合劑中使用較多的是水玻璃。由于水玻璃可以提高噴補(bǔ)層的觸變性，因此可將水玻璃作為生產(chǎn)鎂質(zhì)噴補(bǔ) 料的結(jié)合劑。但是由于水玻璃會(huì)與氧化鈣、氧化鎂反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的鈣鎂橄欖石，降低噴補(bǔ)層的抗侵蝕性。因此，在 以水玻璃為結(jié)合系統(tǒng)時(shí)，噴補(bǔ)料中的氧化鈣含量要嚴(yán)格控制。

3、縮聚結(jié)合

縮聚結(jié)合是由催化劑或交聯(lián)劑的加入，使結(jié)合劑發(fā)生縮聚反應(yīng)而使材料產(chǎn)生一定的強(qiáng)度。

在堿性噴補(bǔ)料中，使用較多的是煤焦油和瀝青，但其存在固化速度慢、附著率低和易剝落的問(wèn)題。70年代開(kāi)始與 酚醛樹(shù)脂一起使用，這類噴補(bǔ)料具有低溫固化性好、熱附著性高的特點(diǎn)，在高溫碳化后殘?zhí)扛?，?qiáng)度和抗渣性優(yōu)良，

同時(shí)這種結(jié)合方式下，生成的低熔物相較少，噴補(bǔ)料的耐用性也較好[37]。但這類結(jié)合劑存在中溫強(qiáng)度差、煙氣污染 環(huán)境的問(wèn)題。同時(shí)由于含碳結(jié)合劑中的碳極易溶于鋼液中，導(dǎo)致鋼液增碳，不利于潔凈鋼的生產(chǎn)。

4、凝聚結(jié)合

     凝聚結(jié)合是在懸浮溶液中添加凝結(jié)劑或通過(guò)調(diào)節(jié)pH, 使膠體粒子發(fā)生凝聚而產(chǎn)生的結(jié)合。在選用超細(xì)粉時(shí)可選 擇與主成分相似的物質(zhì)，從而減少雜質(zhì)的引入。

     目前使用較多的有硅溶膠、硅微粉+高效分散劑等。

     上世紀(jì)國(guó)外就開(kāi)發(fā)了以超細(xì)粉為結(jié)合劑的噴補(bǔ)料，加以一定的分散劑，使得噴補(bǔ)料中的雜質(zhì)含量降低，噴補(bǔ)層性 能也更加穩(wěn)定。劉貫重等人[38]以納米SiO2為結(jié)合劑，制備了出鐵溝濕法噴注料。該噴補(bǔ)料具有反彈率低，與熱溝面 粘附性好的特點(diǎn)；且烘烤和出鐵過(guò)程無(wú)異常。在日均出鐵2100噸的高爐出鐵溝中使用壽命可達(dá)31天。但是以硅微粉為  結(jié)合劑時(shí)，噴補(bǔ)料的早期強(qiáng)度仍然較低，凝結(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。

      溶膠-凝膠結(jié)合劑也是以凝聚結(jié)合方式的一類結(jié)合劑。其結(jié)合相的失水溫度范圍寬，且失水過(guò)程不會(huì)破壞其結(jié)合  強(qiáng)度，克服了以水泥為結(jié)合劑時(shí)對(duì)溫度敏感的弱點(diǎn)；同時(shí)以溶膠-凝膠結(jié)合劑時(shí)，可以通過(guò)添加物或調(diào)節(jié)pH等手段來(lái)人 為控制其膠凝過(guò)程，從而使得材料具有合適的凝固和硬化時(shí)間。早在1997年，日本就開(kāi)發(fā)了一種鋁溶膠結(jié)合的噴補(bǔ)  料，用該方法制備的噴補(bǔ)料具有粉塵少、易保存的特點(diǎn)。以溶膠為結(jié)合劑時(shí)，噴補(bǔ)料具有較好的快干防爆性能，有利 于快速修補(bǔ)，同時(shí)噴補(bǔ)料與熱態(tài)表面的粘附性能較好。

       結(jié)合劑的粘性和凝固能力與噴補(bǔ)料的性能密切相關(guān)。為滿足嚴(yán)苛環(huán)境下的使用，噴補(bǔ)料的結(jié)合系統(tǒng)不僅向著“純 凈化”的方向發(fā)展，即盡可能減少由結(jié)合劑帶入的雜質(zhì)，而且向著“穩(wěn)定化”的方向發(fā)展，即在升溫過(guò)程中減少由結(jié) 合劑的揮發(fā)或分解所帶來(lái)的結(jié)構(gòu)破壞。就噴補(bǔ)料來(lái)說(shuō)，結(jié)合方式也在向著凝聚結(jié)合的方向發(fā)展，且目前使用研宄較多 的有硅溶膠、鋁溶膠等。