不同結(jié)合劑對(duì)不定形耐火材料流變特性的影響

曹林慧

摘 要 對(duì)不同定義和分類的不定形耐火材料結(jié)合劑的原理及使用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。對(duì)于不定形耐火材料的流變特性而言，不同的結(jié)合劑對(duì)其有著不同的影響，文章主要對(duì)這些影響進(jìn)行闡述，并在分析這些影響的基礎(chǔ)上探討這些不定形耐火材料結(jié)合劑的發(fā)展方向與應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 不定形耐火材料；結(jié)合劑；流變特性

中圖分類號(hào)：TQ175 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）09-0043-01

結(jié)合劑對(duì)不定形耐火材料的粒料有著分散性、潤(rùn)滑性和硬化方面的作用。結(jié)合劑對(duì)不定形耐火材料的成型體密度和性能有著直接的影響，這主要是因?yàn)椴欢ㄐ文突鸩牧系奶畛涑尚褪峭ㄟ^低壓力或自重、振動(dòng)等流動(dòng)來(lái)完成的。而且對(duì)不定形耐火材料的混煉與成型、干燥等過程都需要現(xiàn)場(chǎng)來(lái)進(jìn)行，因此結(jié)合劑對(duì)于各種不定形耐火材料生產(chǎn)中的窯爐、氣候和容量等都要適應(yīng)。因此，不定形耐火材料的性能很大程度上取決于結(jié)合劑使用技術(shù)。對(duì)于不同結(jié)合劑對(duì)不定形耐火材料流變特性影響的研究已經(jīng)成為了當(dāng)前研究的重點(diǎn)課題。

1 結(jié)合劑概述

在不定形耐火材料的生產(chǎn)過程中將各種配料粘結(jié)在一起，使其產(chǎn)生一定強(qiáng)度的物質(zhì)就是結(jié)合劑，也可成為粘結(jié)劑、膠結(jié)劑。結(jié)合劑的種類非常多，一般情況下按照結(jié)合劑的化學(xué)性質(zhì)將其分為無(wú)機(jī)結(jié)合劑與有機(jī)結(jié)合劑，其中無(wú)機(jī)結(jié)合劑包括硅酸鹽類、鋁酸鹽類、磷酸鹽類、硫酸鹽類、氯化物類和溶膠類等，有機(jī)結(jié)合劑包括天然有機(jī)物與合成有機(jī)物。

2 同結(jié)合劑對(duì)不定形耐火材料流變特性的影響

流變學(xué)、膠體化學(xué)、粉體工學(xué)和熱力學(xué)這四大理論是不定形耐火材料的基礎(chǔ)理論，其中與不定形耐火材料作業(yè)性相關(guān)的是流變學(xué)與膠體化學(xué)兩種基礎(chǔ)理論[1]。不定形耐火材料的流變特性和作業(yè)性的變化機(jī)理通過膠體特性來(lái)解釋，其中不定形耐火材料作業(yè)性的決定因素是流變特性。

不定形耐火材料的流變性主要從流體模型（一般為賓漢姆流體）、流變特性（與時(shí)間有關(guān)）、流變參數(shù)（屈服應(yīng)力、塑性粘度、平均表現(xiàn)粘度）三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1）凝集類結(jié)合劑對(duì)不定形耐火材料流變特性的影響。由于凝集而使本來(lái)處于分散狀態(tài)的粘土、氧化物懸浮體等產(chǎn)生的硬化反應(yīng)就是凝集結(jié)合[2]。凝集結(jié)合能夠在遇到水后實(shí)現(xiàn)很好的分散或者凝集，也能夠在分散劑與凝聚劑的作用下實(shí)現(xiàn)凝集硬化。粘土就是非常具有代表性的凝集類結(jié)合劑，蘇州土與陽(yáng)泉青土等由于含鐵量較低、耐火度較高、分散性較好等自身的特性為成為了良好的結(jié)合劑，對(duì)于陶瓷行業(yè)而言具有這些特性的粘土屬于較好的懸浮劑。主導(dǎo)粘土膠體系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素是粘土帶負(fù)電的膠體與溶液擴(kuò)散層形成的ε電位，而且粘土表面吸附的陽(yáng)離子是能夠進(jìn)行替換的。對(duì)于不同的粘土而言，三聚磷酸鈉都是較好的分散劑，且當(dāng)其用來(lái)為2%左右時(shí)，粘土能夠保持最好的流動(dòng)性。而粘土的促凝劑一般選用能夠降低粘土ε電位的堿土金屬離子。粘土之后在分散性、可塑性以及化學(xué)組成都滿足條件之后才能夠被用為結(jié)合劑，而且當(dāng)粘土用于澆注時(shí)，分散劑與促凝劑的選擇也非常重要。在澆注料中，粘土與分散劑。促凝劑需要同時(shí)加入，比例大概為粘土15%，促凝劑1%，分散劑1.5%（具體的比例要結(jié)合粘土的性質(zhì)確定）。除了粘土結(jié)合劑之外，凝集型結(jié)合劑中還包括超微粉SiO2、AL2O3、TiO2、Gr2O3等[3]。

2）硅微粉對(duì)超低水泥澆注料流動(dòng)性的影響。硅微粉能夠通過與水的水化反應(yīng)來(lái)大幅度降低基質(zhì)泥漿的體系粘度，增大基質(zhì)泥漿的流動(dòng)性。分散劑的工作原理基本上為：一方面通過在膠體粒子表面雙電層重疊而產(chǎn)生的靜電斥力來(lái)降低界面能，使粒子之間的吸附和絮凝降低；另一方面膠體粒子通過對(duì)分散劑的吸附而形成溶煤層。

硅微粉的用量增加之后能夠通過自身的減水機(jī)理來(lái)降低澆注料中的加水量。耐火骨料與分類在澆注料中是分級(jí)搭配的，表觀上的密致并不是最緊密的堆積，這是因?yàn)樗顫M了胚體中的大量空隙。當(dāng)硅微粉加入到澆注料之后，硅微粉會(huì)代替水對(duì)這些空隙進(jìn)行填充，原來(lái)空隙中的水就會(huì)被置換出來(lái)，從而達(dá)到減少澆注料需水量的目的。當(dāng)硅微粉的量增加時(shí)，就會(huì)有更多的空隙被其填充，空隙中的水就會(huì)更加減少，從而大大地降低了澆注料的需水量，增強(qiáng)其振動(dòng)流動(dòng)性。而且由于硅微粉的粒子呈現(xiàn)球形的特性，使硅微粉能夠進(jìn)入到微小的空隙中而提高了減水效果[4]。

3）水玻璃結(jié)合劑對(duì)不定形耐火材料流變特性的影響。多種那硅酸鹽的混合物就是水玻璃，化學(xué)式中的模數(shù)影響著水玻璃的粘度。當(dāng)在不定形耐火材料中使用時(shí)，模數(shù)大于2的非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的熔點(diǎn)和比重都不固定，這都是因?yàn)槟?shù)變化的原因，因此在不定形耐火材料的使用中要盡量選擇同一個(gè)批次的水玻璃，減少模數(shù)的變化。水玻璃中含有的一定質(zhì)量的鉀或鈉會(huì)對(duì)耐火材料的耐高溫性能產(chǎn)生影響，但這并不影響水玻璃結(jié)合劑在不定形耐火材料中的使用，水玻璃由于其粘結(jié)度高、成本低、無(wú)毒、使用簡(jiǎn)單等特性而在不定形耐火材料得到了廣泛的使用。水玻璃主要是在可塑料、復(fù)合耐火泥中作為結(jié)合劑使用，在噴補(bǔ)料、澆灌料中也有使用[5]。

4）水泥的含量對(duì)泥漿流變特性的影響。將加水量定位20%，水泥的含量從1%增加到10%，在水泥含量從1%增加到8%的過程中可以看到，泥漿的表觀粘度和剪切應(yīng)力都會(huì)隨著水泥含量的增加而增加的幅度并不明顯，當(dāng)水泥含量增加大9%與10%之后，泥漿的表觀粘度和剪切應(yīng)力增加幅度加大。出現(xiàn)這種情況的原因主要是當(dāng)水泥含量處于低水泥和超低水泥范圍內(nèi)的時(shí)候，水泥與水之間的反應(yīng)較弱，因此不能夠?qū)δ酀{的粘度產(chǎn)生太大的影響。泥漿的流變曲線表明了其流動(dòng)類型接近賓漢姆流體。

3 總結(jié)與展望

本文簡(jiǎn)要介紹了不同類型的結(jié)合劑對(duì)于不定形耐火材料流變特性的影響。由于結(jié)合劑的種類繁多，研究結(jié)合劑對(duì)于不定形耐火材料流動(dòng)特性的影響還有待進(jìn)一步的驗(yàn)證，從而掌握全面、正確的理論對(duì)實(shí)踐進(jìn)行指導(dǎo)，避免使用不當(dāng)帶來(lái)的一系列人力、物力等方面的浪費(fèi)，使結(jié)合劑使用能夠的達(dá)到預(yù)期的效果。國(guó)內(nèi)外為了能夠提高不定形耐火材料的性能而致力于新的結(jié)合劑的開發(fā)，這就促進(jìn)了結(jié)合劑的發(fā)展。結(jié)合劑的發(fā)展方向主要有：結(jié)合劑帶入的雜質(zhì)降低甚至消失；結(jié)合劑產(chǎn)生的水分降低甚至消失。結(jié)合劑的發(fā)展促進(jìn)了不定形耐火材料的發(fā)展，雖然新的不定形耐火材料有著環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、使用范圍廣的特點(diǎn)，但是傳統(tǒng)的不定形耐火材料也有著不能被替代的特點(diǎn)，例如原料豐富、成本較低等，因此傳統(tǒng)的不定形耐火材料也有著自己獨(dú)特的用武之地，不能夠?qū)⑵渫耆蕴?/p>

參考文獻(xiàn)

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