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耐火材料行业知识

耐火浇注料常用的添加剂和结合剂都有哪些?

添加剂也被称为外加剂,在耐火材料中一般起到调节物相组成、显微结构和改善性能的作用。釆用不同的分类方法的添加剂可以被分为几种:
按照化学组成来分,可以分为有机添加剂和无机添加剂。
(1)无机添加剂中含有的种类是无机盐、矿物、无机电解质、氧化物和氢氧化物。
(2)有机添加剂一般为表面活性剂。表面活性剂也就是减水剂包括离子型(阴离子型、阳离子型)、高分子减水剂和有机酸减水剂。
根据外加剂的功能和功效,可以将其分类为下面几种。
(1)用于改善浇注料浆料的作业能力的外加剂。一般包括絮凝剂、反絮凝剂、塑化剂和减水剂(分散剂)。
(2)可以改变凝结、硬化速度的添加剂。一般包含促凝剂和缓凝剂,而促凝剂又包含快速和迟效两种。
(3)可以改变内部组织结构的添加剂。例如引气剂、消泡剂等等。
(4)可以改善施工性能的添加剂。常见的有保水剂、防沉剂和保存剂等等。
1、减水剂
水泥水化产物所带的电荷不同以及细粉之间的范德华力等等许多原因都可能导致浇注料中的小粒子出现絮凝装结构,也就是细颗粒将游离水包裹起来,而导致浇注料对水的需求量增加。通常而言,粒径越小,可以包裹的水量越大,也越容易发生絮凝,导致浆料的需水量增加。减水剂的主要作用就是通过电保护(静电斥力)作用和空间保护(水化膜)作用破坏浇注料中的絮凝结构,这样结构中所包裹的游离水就能够得到释放,从而显著减少浇注料的对水的需求量。
而在浇注料的施工过程中,初期需要加入分散剂达到减水作用,但是在减少用水量的同时,又不能影响其通过凝聚和硬化来获得初期强度。因此对于减水剂的种类和用量必须结合实际情况来进行。李姿等人探究了不同种类和加入量的分散剂对刚玉浇注料性能的影响,最终探究出了不同种类的添加剂具有不同的最佳添加量
2、促凝剂和缓凝剂
促凝剂的作用是加速浇注料的凝结和硬化,减少凝结、硬化所需的时间。如果在加入后加速效果并没有立刻体现出来,而是需要过一段时间后才有促凝的效果,则称为迟效促凝剂。缓凝剂的功效是使浇注料凝结、硬化的过程变长。促凝剂和缓凝剂都属于调凝剂,但它们是不同的类型。调凝剂在浇注料中,一般都是作用于结合剂的,因此不同种类和结合方式的结合剂需要对应于不同的调凝剂来达到最好的使用效果。
水泥结合是刚玉浇注料最常见的结合方式,所以应用于水化结合的调凝剂也很多。常见的促凝剂包括锂盐、Ca(OH)2、Na2CO3、K2CO3、Na2SiO3等等。常见的缓凝剂包括柠檬酸及柠檬酸盐、磷酸及磷酸盐、醋酸、羧基羧酸盐、Mg(OH)2、Ba(OH)2、NaSO4、NaCl、淀粉、糖、海水等等。
添加剂对浇注料的促凝和缓凝作用非常复杂,还有很多地方没有研究透彻,与添加剂的结构、性质,和水泥的组成、水化条件等多种因素有关,在应用中只有根据实际情况合理的选择才能够获得较好的施工条件。
3、矿化剂
在浇注料中,常常采用加入很少量的添加剂能来达到烧结和改善制品某些性能的目的。矿化剂常常用于控制物质的形成或反应。TiO2是合成镁铝尖晶石时常用的矿化剂。以往的研究结果显示,对于铝镁质浇注料而言,添加TiO2有利于烧结以及CA6的生成。也有将其加入刚玉浇注料中的研究报道。例如,加入在铝酸钙水泥结合的刚玉浇注料中,MgCl2可以促进CA6的形成,且MgCl2分解产生的空隙为CA6的生长提供了充足的空间减少其生产过程中的膨胀,使其晶粒更大,且体积稳定性更强。吴然等人在刚玉浇注料中加入CaCO3,发现烧后试样中CA6的生成量较多,且晶粒较大,但其烧结过程中产生的膨胀导致浇注料显气孔率提高,强度变小。加入0.5wt%的MgCO3可以使得刚玉浇注料中的β-Al2O3相更加稳定,且能促进其形成板状结构,使得浇注料具有更好的高温强度。
水化结合、化学结合、凝聚结合、黏着结合和高温液相结合都是刚玉基浇注料中常见的结合类型,每一种结合类型都对应着一种结合机理。
水化结合是一种常见的结合类型。在有水的存在时,结合剂中的水化相在常温下可以与水发生放热反应,生成不同的水化产物的同时凝结、硬化获得强度。
常见的此类结合剂包括ρ-Al2O3、铝酸盐水泥等等。
磷酸盐、水玻璃等等结合剂是通过与被结合物料或者外加剂(如促凝剂)之间的化学反应生成具有结合作用的物相而形成结合的。这一类结合剂为化学结合的结合剂。磷酸结合刚玉浇注料具备高强度、高耐磨性、高荷重软化温度和优异的抗渣侵蚀性的长处,普遍运用于热风炉中。在固体磷酸铝结合刚玉浇注料中加入MgO作为硬化剂,可以缩短其硬化时间,起到优化施工性能的作用。
加入凝聚剂或调解pH值使固体小颗粒-水体系的悬浮液中的颗粒发生凝聚而产生结合称为凝聚结合。最常见的凝聚结合是硅溶胶结合剂,除此之外其它的各种胶体结合剂和悬浮类结合剂也都属于这种结合方式。1100℃锻烧后,采用硅溶胶作为结合剂的刚玉浇注料强度要由于铝酸钙水泥结合的刚玉浇注料,且其可以抵抗温度的急变、钢水和熔渣的侵蚀和较高的中温强度。曾伟等人在硅溶胶结合刚玉浇注料中加入有机酸,发现可以提高分散的稳定性,同时也优化了浇注料的物理性能。硅溶胶中的纳米SiO2颗粒填充于颗粒之间,减小了空隙尺寸,且在高温下出现液相,使得裂纹尖端应力得到释放,试样承受应力和温度急变的能力得到了明显的优化。
黏着结合是在低温下,通过物理或化学作用将固体连接在一起所形成的结合。包括物理吸附(范德华力)、化学吸附,通过结合剂的渗透、扩散在颗粒表面形成的膜相互连产生的结合,以及结合剂与颗粒界面的双电层在静电作用下相互吸引而产生的结合。
高温液相结合常常也被称为陶瓷结合。常见的有硼酐或硼酸作为刚玉耐火材料的结合剂。在低温下,B2O3生成液相,黏合刚玉料,在高温下生成高熔点的9Al2O3·2B2O3,从而产生结合作用。常见的陶瓷结合还有Sialon结合,采用这种结合方式制备出的刚玉砖在抗碱金属侵蚀性、强度、抗热震性能和抗氧化能力方面都具有很大的优势,普遍的使用在高炉炉衬中。在制备过程中,加入少量助烧剂可以使得Sialon结合浇注料具有适当的线变化量,可以应用于透气砖中。


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