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磷酸盐结合浇注料

作者:admin 发布日期: 2020-01-08 二维码分享

以磷酸盐或聚磷酸盐作结合剂,与耐火集料、外加剂(促凝剂)配制成的可浇注耐火材料称为磷酸盐结合浇注料。配制浇注料用的磷酸盐结合剂可分为两类:其一是酸性磷酸盐结合剂,如磷酸二氢铝Al(H2PO4)3,磷酸H3PO4,主要用于作中性或酸性耐火材料的结合剂。如作硅质、黏土质、高铝质、刚玉质、锆莫来石质、锆刚玉质浇注料的结合剂;其二是聚磷酸盐结合剂,如三聚磷酸钠NO5P3O10,六偏磷酸钠(NaPO3)6等,主要用于作碱性耐火材料的结合剂,如作镁质、镁铝质浇注料的结合剂。
(1)酸性磷酸盐结合浇注料,酸性磷酸盐在常温下与酸性和中性耐火材料不发生反应或反应速度很慢,因此其凝结与硬化作用是靠加入促凝剂与酸性磷酸盐之间的化学反应而实现的。所采用的促凝剂有MgO、CaO·Al2O3、CaO·2Al2O3、NH4F、ZnO、NaCl、滑石等。但在不定形耐火材料中,.常用的是MgO、CaO·Al2O3,用MgO作促凝剂时会与磷酸二氢铝发生如下硬化反应。

经反应生成铝与镁复合磷酸盐而硬化。但MgO属碱性氧化物,与酸性磷酸盐的反应很强烈,会出现瞬凝现象,MgO颗粒度越细反应越剧烈,因此为了控制其凝结与硬化时间,必须严格控制MgO的细度与加入量。
用CaO·Al2O3,CaO·2Al2O3作促凝剂时,首先铝酸钙物相发生水解,游离出的CaO与酸性磷酸铝发生反应,会生成铝和钙的复合磷酸盐而发生硬化,其硬化速度也是通过铝酸钙物相的细度和加入量来控制。
酸性磷酸铝结合的浇注料的粒度级配与普通浇注料相似,结合剂一般用液状磷酸二氢铝或磷酸,溶液比重控制在1.4~1.45,加入量为13%~15%,但由于液状磷酸二氢铝或磷酸在常温下会与耐火集料中的金属铁(破粉碎时带入的)H2气,而使浇注成型后的衬体发生鼓胀,并形成多孔疏松体。因此必须加防鼓胀抑制剂(隐蔽剂),或在浇注料混合调制时分两次加入液状磷酸二氢铝或磷酸,..次将约6%~7%磷酸盐溶液加入拌合好的浇注料混合物中,混合均匀后将半湿状态混合料困置24h,使金属铁与酸反应生成磷酸铁。在第二次加磷酸盐溶液之前,先加入约2%~3%的促凝剂,将混合料拌匀,然后加余下的6%~7%磷酸盐溶液,再搅拌均匀即可进行浇注成型,这样就可避免发生鼓胀。表17-7为磷酸二氢铝结合的硅酸铝质浇注料物理性能。


同铝酸钙水泥结合的浇注料比较,酸性磷酸盐结合的浇注料具有较好的冷态耐压强度和抗热震性,因此一般用于作温度波动较频繁的工业炉衬体和中温耐磨衬体,也常常用于作热修补料。
(2)聚磷酸盐结合浇注料,在常温下溶于水中的聚磷酸盐会与碱性耐火材料粉料中的MgO或CaO发生反应,并生成复合磷酸盐而使材料硬化。但反应速度较慢,因此宜于作碱性耐火浇注料的结合剂,而不必加促凝剂。其硬化过程为:首先聚磷酸盐溶解于水中,并逐渐发生水解生成磷酸二氢盐和磷酸一氢盐,如以三聚磷酸钠为例其水解反应如下:
Na5P3O10+2H2O→2Na2HPO4+NaH2PO4
然后,磷酸二氢盐和磷酸一氢盐再与MgO或CaO反应生成复合磷酸盐而发生硬化。
但三聚磷酸钠在水中的溶解度与温度有关,是随着温度的升高溶解度加大,见表17-8所列。因此要提高加入量必须适当提高水温,可加速聚磷酸盐溶液与碱性耐火材料中MgO的反应,从而加速硬化速度。

而粉末状六偏磷酸钠在常温下极易溶于水中,可以任何比例与水混合,其水溶液的黏度是随温度的升高而降低。其水解产物也易于同MgO或CaO反应生成复合磷酸盐而发生硬化。但六偏磷酸钠的聚合度n对浇注料的结合强度有影响,平均聚合度n为24时具有较大的结合强度。另外,为了提高碱性浇注料的高温强度,往配料组分中加入少量的CaO,在高温下可生成Na2O·2CaO·P2O5再加入,有助于提高碱性浇注料的高温强度。表17-9为聚磷酸盐结合的镁质浇注料物理性能。

聚磷酸盐结合碱性浇注料可用于作高温熔炼炉和高温金属液容器及流槽等的内衬,也可作电弧炉炉衬的修补料。

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