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    2. 耐火澆注料
      不定形耐火材料常見的結合方式及分類介紹
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      不定形耐火材料常見的結合方式及分類介紹

      發布時間:2021/4/26 17:19:36


      什么是不定形耐火材料
      不定形耐火材料是由骨料、粉末、結合劑或其他添加劑以一定比例結合而成的混合物,可直接實用或加入適當的液體混合使用。
      不定形耐火材料,又稱散裝耐火材料,是由一定級別的耐火骨料和粉末材料與結合劑和添加劑混合而成,不經成型和燒成工藝直接使用的耐火材料。用于熱工設備襯里,不經燒成工藝直接烘烤。與耐火磚相比,不定形耐火材料具有工藝簡單(省去燒成工藝)、節能、成本低廉、機械化施工方便等特點。在一些熱工設備中,使用效果優于耐火磚。不定形耐火材料的命名方法有很多,可以根據不定形耐火材料的骨料和粉末材料命名,如高鋁、粘土和硅不定形耐火材料,也可以根據使用的結合劑命名,如水泥、水玻璃、硫酸鹽和磷酸鹽。

      根據其施工方法和材料性質,不定形耐火材料可分為耐火澆灌材料、塑料(塑料耐火材料)、搗碎材料、噴涂材料、投射材料和耐火水泥。

      不定形耐火材料的常見結合
      不定形耐火材料的性能不僅與其主要材料和粒度的構成有關,還與其結合劑的選擇密切相關。從結合方式來看,水化結合-化學結合-水化結合+凝結結合-凝結結合的方向發展,從可能帶入高雜質的結合劑向低雜質,甚至無雜質的結合劑發展,大大提高了耐火材料的清潔度。根據結合機理的不同,結合劑可分為水化結合、化學結合、凝結結合、收縮結合、粘結合和陶瓷結合六大類。

      一是水化結合。
      水化學結合是指在常溫下與水發生反應,形成水化學物質后,相互凝結、硬化,達到一定的強度。常用的有鋁酸鹽水泥,α-Al2O3等。
      鋁酸鹽水泥主要適用于酸性或中性噴涂材料。以水泥為結合劑的噴涂材料附著力低,體積穩定性差。在水泥結合噴涂材料中加入有機酸可以提高水泥結合噴涂材料的附著力,因為有機酸可以在分散后的短時間內凝固噴涂材料。水泥結合鎂噴涂材料主要通過具有一定可塑性的液體層與待噴涂材料表面粘結。因此,當液體層的粘度越高時,噴涂材料對外部剪切力的抵抗力就越強,從而增加噴涂材料與待噴涂材料表面之間的粘結強度,使噴涂材料的結構和耐久性更好。這種噴涂材料適用于鋼包和精煉爐的局部損壞或薄弱位置。
      氯氧鎂水泥適用于堿性系統。氯氧鎂水泥是由氯化鎂溶液和氧化鎂材料通過一定比例反應而得到的,其中氯化鎂的存在使氧化鎂迅速持續水化,形成大量結晶,相互咬合形成網絡結構,從而產生強度。但是氯氧鎂水泥的強度和性能還不能滿足一些使用要求。為了提高強度,蔣述興[36]等人通過將鎂凝膠材料與氯化鎂溶液混合,制備了復合氯氧鎂水泥硬化體,強度較高。但是氯氧鎂水泥的穩定性還沒有解決,在潮濕的使用環境下,氯氧鎂水泥會返回鹵素,限制其進一步使用。

      二是化學結合
      化學結合是指結合劑與材料發生物理化學反應,產生具有一定結合作用的物質,使材料具有強度的結合劑。
      采用不同酸度、不同聚合度的磷酸鹽制成磷酸鹽結合劑。其酸度越大,與堿性原料的反應就越快。如單磷酸鋁等強磷酸鹽,在30秒左右就會發生反應和固化。但這對噴補料的時間過短,因為噴補層需保證后續物料的結合和嵌入。對中性偏磷酸鈉而言,固化時間過慢,僅適用于搗打料和澆注料,而不能使噴補層迅速穩定。聚合磷酸鹽是堿性噴補料中使用較多的一種。聚合磷酸鹽與氧化鈣一起使用時,聚合磷酸鈉能與氧化鈣反應產生高熔點的磷酸鈣鈉和磷酸三鈣,使噴補層與待噴補面形成直接結合,從而獲得附著性和耐久性較好的鎂噴補料。
      水玻璃廣泛應用于硅酸鹽結合劑中。因為水玻璃能提高噴補層的觸變性,所以可以把水玻璃作為鎂質噴補的結合劑。但因為水玻璃會與氧化鈣、氧化鎂反應,產生低熔點的鈣鎂橄欖石,從而降低噴補層的抗腐蝕性能。所以,在以水玻璃為結合體系時,應嚴格控制噴補料中氧化鈣的含量。

      三是縮聚結合
      收縮結合是通過添加催化劑或交聯劑,使結合劑發生收縮反應,使材料產生一定的強度。
      在堿性噴涂材料中,煤焦油和瀝青被廣泛使用,但存在固化速度慢、附著力低、易剝落的問題。20世紀70年代開始與酚醛樹脂一起使用。這種噴涂材料具有低溫固化性好、熱附著力高的特點。高溫碳化后,殘炭高,強度和耐渣性好。同時,在這種結合方式下,產生的低熔體相對較少,噴涂材料的耐久性也相對較好。然而,這種結合劑存在中溫強度差和煙氣污染環境的問題。同時,含碳結合劑中的碳極易溶于鋼液,導致鋼液增碳,不利于潔凈鋼的生產。

      四是凝聚結合
      凝結結合是在浮游溶液中加入凝結劑,調節pH,使膠體粒子凝結而產生的結合。選擇超細粉時,可以選擇與主要成分相似的物質,減少雜質的引入。
      目前,硅溶膠、硅粉+高效分散劑被廣泛使用。
      上個世紀,國外開發了以超細粉為結合劑的噴霧補充劑,加入了一定的分散劑,降低了噴霧補充劑中的雜質含量,噴霧補充層的性能也更加穩定。劉貫重等人以納米SiO2為結合劑,制備了出鐵溝濕法噴霧材料。該噴霧補充劑具有反彈率低、與熱溝面附著性好的特點,烘烤和出鐵過程無異常。日均出鐵2100噸的高爐出鐵溝壽命可達31天。但是,以硅微粉為結合劑時,噴霧補充劑的初期強度仍然低,凝結時間也長。
      溶膠-凝膠結合劑也是一種凝結結合劑。其結合相失水溫度范圍廣,失水過程不會破壞其結合強度,克服了以水泥為結合劑時對溫度敏感的弱點;同時,當使用溶膠-凝膠結合劑時,可以通過添加劑或pH調節來人工控制其凝膠過程,使材料具有適當的凝固和硬化時間。早在1997年,日本就開發了一種與鋁溶膠結合的噴涂材料,該方法制備的噴涂材料具有粉塵少、易于保存的特點。以溶膠為結合劑時,噴涂材料具有良好的快干防爆性能,有利于快速修復,噴涂材料與熱表面的附著性能更好。

      粘合劑的粘性和凝固性與噴涂補充劑的性能密切相關。為了滿足嚴酷環境的使用,噴涂補充劑的結合系統不僅向純化的方向發展,也就是說,盡可能減少從結合劑中帶來的雜質,而且向穩定化的方向發展,即在加熱過程中,結合劑的揮發或分解造成的結構損壞。就噴涂補料而言,結合方式也在向凝結結合的方向發展,目前使用的研究比較多。

      不定形耐火材料的分類
      (1)耐火澆注料是澆注成型的材料。干振動材料和自流澆注料也屬于這一類。
      (2)耐火搗打料用風鎬或人工搗打成型材料。
      (3)耐火塑料是用搗固機或風鎬搗碎塑料坯料的材料。
      (4)耐火噴涂材料是射機或泵送成型的材料;如果用于補爐,也稱為耐火噴涂補料;當用火焰噴涂機補爐時,稱為耐火熔射材料。用濕材料泵送或噴涂的材料也稱為濕噴涂或泵送材料。
      (5)耐火涂料是由抹灰器和灰漿泵成型或人工涂料的材料。
      (6)用投射機成型的耐火投射材料。
      (7)用泥漿泵等壓力設備成型的材料。
      (8)耐火泥或耐火泥。又稱火泥,是用瓦刀或類似工具砌筑耐火磚和預制塊的填料。

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