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耐火材料行业知识

耐火可塑料的配方、配比及应用性能

耐火可塑料是由70~80%粒状和粉状物料,加10~25%可塑性粘土等结合剂及适量增塑剂配制而成的,呈硬泥膏状,并在较长时间内保持较高可塑性的不定形耐火材料。
耐火可塑料主要用于不直接与熔融物接触的各种加热炉中,材质多为粘土质和高铝质,也有硅质、镁质、铬质、锆英石质和碳化硅质等。若按结合剂分类,有粘土结合、水玻璃结合、磷酸盐结合、硫酸盐结合的可塑料等。
耐火可塑料用的骨料,主要有特级黏土熟料,三级、二级或一级矾土熟料等。耐火骨料最大粒径为10mm,其颗粒级配:10~5mm,33%~40%;5~3mm,28%~35%;小于3mm,28%~35%。应当指出,0.5~0.09mm的颗粒料应尽量减少,或剔除不用。其骨料用量为55%~65%。
耐火粉料一般选用特级、一级或二级矾土熟料制作,其细度为≤0.09mm的应占95%,实际上越细越好。严禁用欠烧料或黏土熟料作耐火粉料。耐火粉料用量为20%~30%。
为了保证能顺利施工和在高温下能正常使用,耐火可塑料一般应具备如下基本性能:①具有一定的可塑性,以便于施工;②具有一定的保存期,以保证在指定的存放期内成型性能不变;③常温养护后具有一定的强度,以利于施工后能拆除框架或搬运;④具备一定的高温体积稳定性,以防止因变形过大而造成炉衬结构破坏。
既然被称做耐火可塑料,那么它的可塑性与什么有关系呢?
可塑料的可塑性与粘土的特性及加入量有直接影响。同时与加水量也有关。可塑性随加水量增多而提高。但不能过高,一般为5~10%。提高可塑性就是要要控制可塑料中粘土用量及加水量,可外加增塑剂。
增塑剂在耐火可塑料中的作用:①使粘土颗粒的吸湿性提高,使粘土微粒分散并被水膜包覆;②使粘土颗粒溶胶化;③使粘土微粒间的静电斥力增高,稳定溶胶;④将阻碍溶胶化的离子作为不溶性的盐排除于系统之外;⑤)使粘土中的水提高粘度,以形成结实的水膜等。常用的增塑剂主要有纸浆废液、环烷酸、木素磺酸盐、木素磷酸盐、木素铬酸盐等。同时耐火可塑料里面用的结合剂也对可塑性产生一定的影响。
软质黏土是耐火可塑料的重要原材料,可塑料主要性能特性也是来源于软质黏土。在耐火可塑料中,软质黏土不但起结合剂作用,同时也起增塑剂和烧结剂作用。它对耐火可塑料的可塑性、保水性、施工性、常温和高温耐火性能,都有较大的影响。因此,配制耐火可塑料用的软质黏土,应具有良好的可塑性、吸湿性,适度的黏性、耐火性和烧结性。从成型和保水性上看,黏塑性最好的是广西泥和水曲柳黏土,最差的是复州黏土,焦作泥与樟树黏土、紫木节黏土可复合使用。其细度:小于0.09mm占85%以上,用量为10%~15%。
化学结合剂为硫酸铝溶液,密度为1.2~1.3g/cm³。采用该结合剂混练后应进行困料,困料时间16h以上。因硫酸铝中的硫酸根与粉料的铁反应,生成硫酸铁并逸出氢气,致使泥料起泡或鼓胀,所以应困料;烘干后的耐火可塑料表面,有淡黄色的析出物,化学和岩相分析认定为铁明矾,其分子式为FeO·Al₂O₃·4SO₃·22H₂O。
,硫酸铝溶液中所含18个结晶水,约在134℃大部分脱除。在330℃左右,再失去小部分结晶水。在835℃上的吸热峰,是硫酸铝分解成Al₂O₃和SO₃,SO₃呈气态逸出。因此,致使耐火可塑料组织结构稍有疏松,强度有所降低;铁明矾差热曲低温段的吸热峰,系结晶水排出所致,752℃的吸热峰为铁明矾分解并放出SO₃造成的,同样对可塑料强度有所影响。
耐火可塑料发泡的数量,与硫酸铝的纯度、密度和加入量有直接关系。一般来说,纯度高、密度大和加入量多时,其发泡数量也多。这是由于带入的硫酸很多所致。因此,在满足耐火可塑料的可塑性、施工性和耐火性的前提下,可选用粗制硫酸铝,配制成低密度溶液,并尽量减少其用量。硫酸铝溶液用量一般为9%~13%。
耐火可塑料用的外加剂,主要有保存剂、增塑剂、增强剂和防腐剂等。其外加物有锂辉石粉(LiO₂·Al₂O₃·4SiO₂)、锂云母粉(LiO₂·Al₂O₃·3SiO₂)和膨润土等烧结剂(亦称矿化剂),蓝晶石或硅线石等膨胀剂。
耐火可塑料用的外加剂种类较多,除表1中所述之外,还可用聚乙烯醇、糊精、淀粉、羧甲基纤维素、柠檬酸、葡萄糖酸和硅酸乙酯等。外加剂用量一般小于1%,大于1%时兼有结合剂的作用;外加物还有红柱石、硅线石、锆英石和氧化铝粉等,其用量一般大于3%。
耐火骨料的最大粒径为10mm,可塑料含水率约为9%,可塑性指数为17%~30%。表中苏南泥系指苏州泥和南京泥复合使用,前者烧结温度高,后者因含低熔物多,烧结温度低;特黏和Ⅰ矾等,分别代表特级黏土熟料和Ⅰ级矾土熟料等;Ⅰ、Ⅱ矾为Ⅰ级和Ⅱ级矾土熟料,以1:1混合制成耐火粉料;外加剂根据耐火可塑料的使用要求,进行选定,参见表1。例如,生产后即进行施工,可不掺加保存剂和防腐剂。


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