不同结合剂对不定形耐火材料流变特性的影响.docx

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1、不同结合剂对不定形耐火材料流变特性的影响摘要对不同定义和分类的不定形耐火材料结合剂的原理及使用现状进行了分析。对于不定形耐火材料的流变特性而言，不同的结合剂对其有着不同的影响，文章主要对这些影响进行阐述，并在分析这些影响的基础上探讨这些不定形耐火材料结合剂的发展方向与应用前景。关键词：不定形耐火材料；结合剂；流变特性目录摘要1前言11 .结合剂概述22 .不定形耐火材料用结合剂种类及选用原则22.1.概述22.2.不定形耐火材料32.3.不定形耐火材料结合剂选用的两个遵循原则42 .3.1.与材质的匹配原则43 .3.2.与施工方法的适应性54 .常见不定形耐火材料的结合剂65 .同结合剂对不

2、定形耐火材料流变特性的影响64.1.凝集类结合剂对不定形耐火材料流变特性的影响64.2.硅微粉对超低水泥浇注料流动性的影响74. 3.水玻璃结合剂对不定形耐火材料流变特性的影响75. 4.水泥的含量对泥浆流变特性的影响86. 总结与展望8参考文献81刖百结合剂对不定形耐火材料的粒料有着分散性、润滑性和硬化方面的作用。结合剂对不定形耐火材料的成型体密度和性能有着直接的影响，这主要是因为不定形耐火材料的填充成型是通过低压力或自重、振动等流动来完成的。而且对不定形耐火材料的混炼与成型、干燥等过程都需要现场来进行，因此结合剂对于各种不定形耐火材料生产中的窑炉、气候和容量等都要适应。因此，不定形耐火材料

3、的性能很大程度上取决于结合剂使用技术。对于不同结合剂对不定形耐火材料流变特性影响的研究已经成为了当前研究的重点课题。1 .结合剂概述在不定形耐火材料的生产过程中将各种配料粘结在一起，使其产生一定强度的物质就是结合剂，也可成为粘结剂、胶结剂。结合剂的种类非常多，一般情况下按照结合剂的化学性质将其分为无机结合剂与有机结合剂，其中无机结合剂包括硅酸盐类、铝酸盐类、磷酸盐类、硫酸盐类、氯化物类和溶胶类等，有机结合剂包括天然有机物与合成有机物。2 .不定形耐火材料用结合剂种类及选用原则2.1. 概述结合相（结合剂）对耐火材料性能的影响较大，若结合相为低熔点物相，则材料在高温下的抵抗热、重负荷和耐侵蚀性能

4、均会显著降低;反之，若结合相为高熔点晶相，则能改善上述性能。不定形耐火材料主要依靠结合相的作用使其结合为整体，结合相的性质在很大程度上对其常温、中温和高温性能起决定性作用。因此，在选择不定形耐火材料的结合相时，要尽量减少结合相对高温性能可能带来的不利影响。2. 2.不定形耐火材料不定形耐火材料用结合相的结合方式主要包括水合结合、化学结合、陶瓷结合、黏着结合和凝聚结合五类。（1）水合结合是借助于常温下结合剂与水发生水化反应形成水化产物而产生结合，以此方式发生作用的结合剂主要有铝酸钙水泥、硅酸盐水泥、P-AI2O3、MgO+活性Si。2等。（2）化学结合是借助于结合剂与耐火材料（氧化物集料），或结

5、合剂与硬化剂之间在常温下发生化学反应生成新化合物，聚合（缩合）交联而产生结合的，因此有时也称为聚合结合，使用该结合方式的结合剂有磷酸或磷酸盐（加或不加硬化剂）、硅酸钠或硅酸钾（加或不加硬化剂）、酚醛树脂（加硬化剂）等。（3）陶瓷结合是在不定形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，促进低温下固液反应的进行，因此也称为低温烧结结合。此类结合剂的代表主要是某些硼酸盐、氨化物和硼、钠玻璃等，金属粉末有Si、Al、Mg等粉末。图1金属硅粉(4)通过黏着结合方式发生作用的结合剂多数为有机结合剂，如糊精、糖蜜、阿拉伯树胶、纸浆废液、竣甲基纤维素、沥青、聚乙烯醇、乙烯基聚合物、

6、酚醛树脂等。其中有些属于暂时性结合剂，经高温处理后会燃烧掉;有的属于永久性结合剂，经高温处理后会碳化而形成碳结合。此外，也存在一些无机结合剂具有黏着结合作用，如磷酸二氢铝、水玻璃等。(5)凝聚结合就是靠微粒子(胶体粒子)之间相互吸引紧密接触，借助于范德华力而结合在一起，在使用时须加凝聚剂才能使胶体粒子发生凝聚而产生结合。可产生凝聚结合的材料有黏土微粉、氧化物超细粉(SiC)2、AI2O3、TiO2、等)、硅溶胶、铝溶胶和硅铝溶胶等。2.3. 不定形耐火材料结合剂选用的两个遵循原则目前，结合剂选用原则主要遵循两个原则，即与材质的匹配原则、与施工方法的适用原则：2.3.1.与材质的匹配原则不定形耐

7、火材料结合剂选用原则首先考虑与材质匹配原则。对于同类结合剂，由于化学纯度、组成不同，其耐高温性能也不同。所选用的结合剂不应明显降低材料的高温性能，降低材料档次和牌号。选用水合、凝聚结合剂的化学组成与主材质的尽可能相一致，这样便可制得所谓“自结合”的浇注料，由此尽可能避免结合剂作为杂质而产生低熔点相。由于无机类结合剂多数含有降低耐火材料高温性能的有害杂质（如CaO、Na2O等），为了提高高温使用性能，不定形耐火材料的结合方式已由水合结合和化学结合向凝聚结合的方向发展。低水泥、超低水泥结合浇注料就是水合结合和凝聚结合的复合，由此大幅度减少了CaO等杂质含量。止匕外，选用结合剂要考虑其与所用原料的润

8、湿性、黏结性等因素。结合剂应不与其所用的耐火原料发生激烈的促凝反应。2.3.2.与施工方法的适应性所谓施工方法的适应性，就是要考虑结合剂的凝结硬化方式、凝结时间、对材料流变特性等的影响。浇注料应选用产生水合结合、化学结合、凝聚结合的结合剂。常见不定形耐火材料用结合剂列于表lo表1常见不定形耐火材料的结合剂水令结合CA水泥、p-AI2O3MgO浇注料化学结合H3Po4或 AI(H2PO4h+CA、Na2O nSiO2+Na2SiF6、Al2(SO4h+CA凝聚结合粘上、SiON微粉、AI2O3微粉、Si。?溶胶、AbCh溶胶HI。4或A1（H2Po4卜、Na2OnSiO2+Na2SiF6MgCI

9、2.化学结合六偏磷酸钠可塑料、捣打料黏着结介树脂、沥青、纸浆废液、段甲基纤维索、糊精凝聚结合黏土、SiC2微粉、SiOz溶胶、AI2O3溶胶HFO或A1（H，PO4）3、NaOnSiO2+Na.SiF6.MgCI化学结合六偏磷酸钠水泥、涂料钻石结合树脂、沥青、纸浆废液、竣甲基纤维素、糊楮凝聚结合黏上、SiO2微粉、SiO?溶胶、AKh溶胶水合结合CA水泥+促凝剂喷涂料化学结作AI（H2PO4）3,NaQnSiO八课磷酸钠、六偏磷酸钠黏在结合沥青、树脂陶宛结合Bq,、Na2B4O710H2O.硼玻璃、钠玻璃F式振动料上k_一一.一人山化学结合酚解树脂、固体水玻璃、固体瞬酸盐3 .常见不定形耐火材

10、料的结合剂根据以上不定形耐火材料原理中主晶相、次晶相、结合相的匹配原则，本文确定以镁铝尖晶石作为主晶相，其作用是提供浇注料的抗硫碱侵蚀性、抗结皮性、耐高温性能。以MgO微粉、AI2O3微粉、活性SiC）2、心0作为结合相，在常温下通过MgO微粉发生水化反应，进而与SiO2反应产生化学结合，还依靠微粉的凝聚结合，形成复合结合方式，提供浇注料足够的常温强度;在中高温下，MgO.AI2O3和SiO2发生化学反应生成与堇青石矿物组成相似的陶瓷结合相，提供浇注料的中高温强度。以堇青石作为次晶相，其作用之一是与镁铝尖晶石复合，利用两者之间热膨胀系数的差异，使得浇注料骨料之间、骨料和结合相之间产生微裂纹或弱

11、界面，能够吸收由于温度急变而产生的热应力，提高浇注料的抗热震性;其作用之二是堇青石矿物组成和浇注料结合相组成相似，没有引入异类组分而降低浇注料的中高温性能。根据相图分析，结合相的平衡组成落在镁铝尖晶石（MA）和堇青石（M2A2s白连线位置的附近。对实验所用各种原料的物相或粒度进行了分析，如镁铝尖晶石微粉、MgO微粉、AI2O3微粉。4 .同结合剂对不定形耐火材料流变特性的影响流变学、胶体化学、粉体工学和热力学这四大理论是不定形耐火材料的基础理论，其中与不定形耐火材料作业性相关的是流变学与胶体化学两种基础理论。不定形耐火材料的流变特性和作业性的变化机理通过胶体特性来解释，其中不定形耐火材料作业性

12、的决定因素是流变特性。不定形耐火材料的流变性主要从流体模型（一般为宾汉姆流体）、流变特性（与时间有关）、流变参数（屈服应力、塑性粘度、平均表现粘度）三个方面来进行评价。4.1. 凝集类结合剂对不定形耐火材料流变特性的影响由于凝集而使本来处于分散状态的粘土、氧化物悬浮体等产生的硬化反应就是凝集结合。凝集结合能够在遇到水后实现很好的分散或者凝集，也能够在分散剂与凝聚剂的作用下实现凝集硬化。粘土就是非常具有代表性的凝集类结合剂，苏州土与阳泉青土等由于含铁量较低、耐火度较高、分散性较好等自身的特性为成为了良好的结合剂，对于陶瓷行业而言具有这些特性的粘土属于较好的悬浮剂。主导粘土胶体系统稳定性的因素是粘

13、土带负电的胶体与溶液扩散层形成的电位，而且粘土表面吸附的阳离子是能够进行替换的。对于不同的粘土而言，三聚磷酸钠都是较好的分散剂，且当其用来为2%左右时，粘土能够保持最好的流动性。而粘土的促凝剂一般选用能够降低粘土电位的碱土金属离子。粘土之后在分散性、可塑性以及化学组成都满足条件之后才能够被用为结合剂，而且当粘土用于浇注时，分散剂与促凝剂的选择也非常重要。在浇注料中，粘土与分散剂。促凝剂需要同时加入，比例大概为粘土15%,促凝剂1%,分散剂1.5%（具体的比例要结合粘土的性质确定）。除了粘土结合剂之外，凝集型结合剂中还包括超微粉Si。?、AI2O3、“。2、52。3等。4.2.硅微粉对超低水泥浇

14、注料流动性的影响硅微粉能够通过与水的水化反应来大幅度降低基质泥浆的体系粘度，增大基质泥浆的流动性。分散剂的工作原理基本上为：一方面通过在胶体粒子表面双电层重叠而产生的静电斥力来降低界面能，使粒子之间的吸附和絮凝降低；另一方面胶体粒子通过对分散剂的吸附而形成溶煤层。硅微粉的用量增加之后能够通过自身的减水机理来降低浇注料中的加水量。耐火骨料与分类在浇注料中是分级搭配的，表观上的密致并不是最紧密的堆积，这是因为水填满了胚体中的大量空隙。当硅微粉加入到浇注料之后，硅微粉会代替水对这些空隙进行填充，原来空隙中的水就会被置换出来，从而达到减少浇注料需水量的目的。当硅微粉的量增加时，就会有更多的空隙被其填充

15、，空隙中的水就会更加减少，从而大大地降低了浇注料的需水量，增强其振动流动性。而且由于硅微粉的粒子呈现球形的特性，使硅微粉能够进入到微小的空隙中而提高了减水效果。4.3.水玻璃结合剂对不定形耐火材料流变特性的影响多种那硅酸盐的混合物就是水玻璃，化学式中的模数影响着水玻璃的粘度。当在不定形耐火材料中使用时，模数大于2的非晶质结构的熔点和比重都不固定，这都是因为模数变化的原因，因此在不定形耐火材料的使用中要尽量选择同一个批次的水玻璃，减少模数的变化。水玻璃中含有的一定质量的钾或钠会对耐火材料的耐高温性能产生影响，但这并不影响水玻璃结合剂在不定形耐火材料中的使用，水玻璃由于其粘结度高、成本低、无毒、使用简单等特性而在不定形耐火材料得到了广泛的使用。水玻璃主要是在可塑料、复合耐火泥中作为结合剂使用，在喷补料、浇灌料中也有使用。4.4水泥的含量对泥浆流变特性的影响将加水量定位20%,