不定形耐火材料常见的结合方式及分类介绍

发布时间：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、结合剂或其他添加剂以一定比例结合而成的混合物，可直接实用或加入适当的液体混合使用。

不定形耐火材料，又称散装耐火材料，是由一定级别的耐火骨料和粉末材料与结合剂和添加剂混合而成，不经成型和烧成工艺直接使用的耐火材料。用于热工设备衬里，不经烧成工艺直接烘烤。与耐火砖相比，不定形耐火材料具有工艺简单(省去烧成工艺)、节能、成本低廉、机械化施工方便等特点。在一些热工设备中，使用效果优于耐火砖。不定形耐火材料的命名方法有很多，可以根据不定形耐火材料的骨料和粉末材料命名，如高铝、粘土和硅不定形耐火材料，也可以根据使用的结合剂命名，如水泥、水玻璃、硫酸盐和磷酸盐。

根据其施工方法和材料性质，不定形耐火材料可分为耐火浇灌材料、塑料(塑料耐火材料)、捣碎材料、喷涂材料、投射材料和耐火水泥。

不定形耐火材料的常见结合

不定形耐火材料的性能不仅与其主要材料和粒度的构成有关，还与其结合剂的选择密切相关。从结合方式来看，水化结合-化学结合-水化结合+凝结结合-凝结结合的方向发展，从可能带入高杂质的结合剂向低杂质，甚至无杂质的结合剂发展，大大提高了耐火材料的清洁度。根据结合机理的不同，结合剂可分为水化结合、化学结合、凝结结合、收缩结合、粘结合和陶瓷结合六大类。

一是水化结合。

水化学结合是指在常温下与水发生反应，形成水化学物质后，相互凝结、硬化，达到一定的强度。常用的有铝酸盐水泥，α-Al2O3等。

铝酸盐水泥主要适用于酸性或中性喷涂材料。以水泥为结合剂的喷涂材料附着力低，体积稳定性差。在水泥结合喷涂材料中加入有机酸可以提高水泥结合喷涂材料的附着力，因为有机酸可以在分散后的短时间内凝固喷涂材料。水泥结合镁喷涂材料主要通过具有一定可塑性的液体层与待喷涂材料表面粘结。因此，当液体层的粘度越高时，喷涂材料对外部剪切力的抵抗力就越强，从而增加喷涂材料与待喷涂材料表面之间的粘结强度，使喷涂材料的结构和耐久性更好。这种喷涂材料适用于钢包和精炼炉的局部损坏或薄弱位置。

氯氧镁水泥适用于碱性系统。氯氧镁水泥是由氯化镁溶液和氧化镁材料通过一定比例反应而得到的，其中氯化镁的存在使氧化镁迅速持续水化，形成大量结晶，相互咬合形成网络结构，从而产生强度。但是氯氧镁水泥的强度和性能还不能满足一些使用要求。为了提高强度，蒋述兴[36]等人通过将镁凝胶材料与氯化镁溶液混合，制备了复合氯氧镁水泥硬化体，强度较高。但是氯氧镁水泥的稳定性还没有解决，在潮湿的使用环境下，氯氧镁水泥会返回卤素，限制其进一步使用。

二是化学结合

化学结合是指结合剂与材料发生物理化学反应，产生具有一定结合作用的物质，使材料具有强度的结合剂。

采用不同酸度、不同聚合度的磷酸盐制成磷酸盐结合剂。其酸度越大，与碱性原料的反应就越快。如单磷酸铝等强磷酸盐，在30秒左右就会发生反应和固化。但这对喷补料的时间过短，因为喷补层需保证后续物料的结合和嵌入。对中性偏磷酸钠而言，固化时间过慢，仅适用于捣打料和浇注料，而不能使喷补层迅速稳定。聚合磷酸盐是碱性喷补料中使用较多的一种。聚合磷酸盐与氧化钙一起使用时，聚合磷酸钠能与氧化钙反应产生高熔点的磷酸钙钠和磷酸三钙，使喷补层与待喷补面形成直接结合，从而获得附着性和耐久性较好的镁喷补料。

水玻璃广泛应用于硅酸盐结合剂中。因为水玻璃能提高喷补层的触变性，所以可以把水玻璃作为镁质喷补的结合剂。但因为水玻璃会与氧化钙、氧化镁反应，产生低熔点的钙镁橄榄石，从而降低喷补层的抗腐蚀性能。所以，在以水玻璃为结合体系时，应严格控制喷补料中氧化钙的含量。

三是缩聚结合

收缩结合是通过添加催化剂或交联剂，使结合剂发生收缩反应，使材料产生一定的强度。

在碱性喷涂材料中，煤焦油和沥青被广泛使用，但存在固化速度慢、附着力低、易剥落的问题。20世纪70年代开始与酚醛树脂一起使用。这种喷涂材料具有低温固化性好、热附着力高的特点。高温碳化后，残炭高，强度和耐渣性好。同时，在这种结合方式下，产生的低熔体相对较少，喷涂材料的耐久性也相对较好。然而，这种结合剂存在中温强度差和烟气污染环境的问题。同时，含碳结合剂中的碳极易溶于钢液，导致钢液增碳，不利于洁净钢的生产。

四是凝聚结合

凝结结合是在浮游溶液中加入凝结剂，调节pH，使胶体粒子凝结而产生的结合。选择超细粉时，可以选择与主要成分相似的物质，减少杂质的引入。

目前，硅溶胶、硅粉+高效分散剂被广泛使用。

上个世纪，国外开发了以超细粉为结合剂的喷雾补充剂，加入了一定的分散剂，降低了喷雾补充剂中的杂质含量，喷雾补充层的性能也更加稳定。刘贯重等人以纳米SiO2为结合剂，制备了出铁沟湿法喷雾材料。该喷雾补充剂具有反弹率低、与热沟面附着性好的特点，烘烤和出铁过程无异常。日均出铁2100吨的高炉出铁沟寿命可达31天。但是，以硅微粉为结合剂时，喷雾补充剂的初期强度仍然低，凝结时间也长。

溶胶-凝胶结合剂也是一种凝结结合剂。其结合相失水温度范围广，失水过程不会破坏其结合强度，克服了以水泥为结合剂时对温度敏感的弱点；同时，当使用溶胶-凝胶结合剂时，可以通过添加剂或pH调节来人工控制其凝胶过程，使材料具有适当的凝固和硬化时间。早在1997年，日本就开发了一种与铝溶胶结合的喷涂材料，该方法制备的喷涂材料具有粉尘少、易于保存的特点。以溶胶为结合剂时，喷涂材料具有良好的快干防爆性能，有利于快速修复，喷涂材料与热表面的附着性能更好。

粘合剂的粘性和凝固性与喷涂补充剂的性能密切相关。为了满足严酷环境的使用，喷涂补充剂的结合系统不仅向纯化的方向发展，也就是说，尽可能减少从结合剂中带来的杂质，而且向稳定化的方向发展，即在加热过程中，结合剂的挥发或分解造成的结构损坏。就喷涂补料而言，结合方式也在向凝结结合的方向发展，目前使用的研究比较多。

不定形耐火材料的分类

(1)耐火浇注料是浇注成型的材料。干振动材料和自流浇注料也属于这一类。

(2)耐火捣打料用风镐或人工捣打成型材料。

(3)耐火塑料是用捣固机或风镐捣碎塑料坯料的材料。

(4)耐火喷涂材料是射机或泵送成型的材料；如果用于补炉，也称为耐火喷涂补料；当用火焰喷涂机补炉时，称为耐火熔射材料。用湿材料泵送或喷涂的材料也称为湿喷涂或泵送材料。

(5)耐火涂料是由抹灰器和灰浆泵成型或人工涂料的材料。

(6)用投射机成型的耐火投射材料。

(7)用泥浆泵等压力设备成型的材料。

(8)耐火泥或耐火泥。又称火泥，是用瓦刀或类似工具砌筑耐火砖和预制块的填料。

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