耐火材料结合剂选用的原则和结合方式

耐火材料应用于钢铁、有色金属、玻璃、水泥、陶瓷、石化、机械、锅炉、轻工、电力、军工等国民经济的各个领域,是保证上述产业生产运行和技术发展必不可少的基本材料,在高温工业生产发展中起着不可替代的重要作用。耐火材料结合剂是必不可少的,今天介绍的是,在使用过程中常见的结合剂结合的六种方式和耐火材料结合剂选用的三大原则。

首先在不烧耐火制品和不定型耐火制品,它们的力学强度(结构强度)主要靠结合剂提供的。但耐火材料用的结合剂种类繁多,结合机理也不尽相同,因此在实际生产和使用中应根据耐火材料材质、成型或施工方法以及使用条件等来选用合适的结合剂,选用原则有三方面:

(1)结合剂的性质必须与被结合的耐火材料性质相适应。酸性、中性耐火材料可选用酸性、中性或弱碱性结合剂。而碱性耐火材料则不可直接使用酸性结合剂,只能采用中性或碱性结合剂,若在还原条件下使用,也可选用高残碳的有机类结合剂。

(2)选用的结合剂要与材料的成型方法或作业性能(施工性能)相适应。烧成耐火制品一般采用暂时结合剂(如木质素碘酸盐等),而不烧耐火材料制品一般采用化学结合剂(如磷酸二氢铝、水玻璃等);浇注耐火材料应选用在常温下能产生凝结与硬化的结合剂,如水化结合的或化学结合的(加促凝剂),或凝聚结合的(加凝聚剂)结合剂,捣打料和可塑料可选用黏着结合的,或化学结合的、或陶瓷结合的结合剂;而喷射耐火材料可选用与浇注耐火材料相似的结合剂。

(3)选用的结合剂必须与材料的高温使用性能相适应,不应降低或降低材料的高温结构强度、抗侵蚀性和抗渣渗透性。如高铝质或黏土质浇注料可以采用普通铝酸钙水泥或结合黏土作结合剂,而刚玉质或刚玉-尖晶石质浇注料则应采用纯铝酸钙水泥或反应性氧化铝作结合剂。

常见的结合剂结合的六种方式:

(1)水化结合,是借助于常温下结合剂与水发生水化反应生成水化产物而产生结合。如铝酸钙水泥加水发生水化反应生成六方片状或针状CaOA12OH2O、2CaOzAl2O38H2O和立方粒状3CaOA12O36H2O晶体和氧化铝凝胶体,形成凝聚结晶网而产生结合。

(2)化学结合,是借助于结合剂与硬化剂,或结合剂与耐火材料之间在常温下发生化学反应,或加热时发生化学反应生成具有结合剂作用的化合物而产生结合。

(3)聚合结合,借助于加催化剂或交联剂,使结合剂发生缩聚形成网络状结构而产生结合强度。

(4)陶瓷结合,系指低温烧结结合,即在散状耐火材料中加入可降低烧结温度的助剂或金属粉末,以大大降低液相出现温度,促进低温下固一液反应而产生低温烧结结合。如刚玉质干式震动料中加入少量的硼酐,硼酐在℃生成黏性液相,随后与α-A12O3发生液一固反应生成具有更高熔融温度的化合物2A12O3B2O3(不一致熔融温度为℃,9A12O32B2O3(不一致熔融温度为℃)而将刚玉骨料固结在一起。

(5)粘着结合(粘附)。是借助于如下几种物理作用之一而产生结合的。

①物理吸附作用:依靠分子间的相互作用力——范德华力而产生结合;

②扩散作用:在物质分子热运动的作用下,粘结剂与被粘结物的分子发生相互扩散作用,形成扩散层,从而形成牢固的结合;

③静电作用:粘结剂与被粘结物的界面存在着双电层,由双电层的静电引力作用而产生结合。

产生粘着结合的结合剂多数为有机结合剂,其中有的为暂时性结合剂,经高温处理后会燃烧掉,如糊精、羧甲基纤维素等。有的为永久性结合剂,经高温处理后除部分挥发物外,其余的会碳化而形成碳结合,如沥青、酚醛树脂等有机结合剂。也有一些无机结合剂具有粘合作用,如磷酸二氢铝、水玻璃、硅溶胶等。

(6)凝聚结合,依靠加入凝聚剂使微粒子(胶体粒子)发生凝聚而产生结合。




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