结合剂品种对耐火喷补料性能的影响
发布日期： 2020-04-06 14:17:18 阅读量（3146） 作者：刘梓明耐火喷补料具有如下优点:①可无模施工;②施工简便;③施工或修补时间短，节省人力和缩短工期;④易于浇注和捣打有难度的热修补;⑤可延长炉衬寿命已在各种窑炉上广泛使用。耐火喷补料的损伤形态根据用途和部位有所差异，但主要是剥落和磨损。损伤的主要原因一般认为有材料的烧结收缩、材料强度、与修补部位的黏结性，要提高使用寿命重要的是提高黏结强度和容积稳定性。
一般认为结合剂品种对黏结强度的影响较大。耐火喷补料使用水泥、硅酸盐、磷酸盐和沥青等作为结合剂，使用温度范围各有不同(图1)。具有代表性的结合剂—硅酸盐和磷酸盐施工温度范围广，注重钢水洁净度的一般使用硅酸盐，而注重高温区域黏结性的一般使用磷酸盐。这样根据用途对结合剂加以区分使用，但很少有关于结合剂对喷补料性能的影响报道。本文从强度和黏结界面的状态等方面，评价了干式喷补料具有代表性的结合剂—硅酸盐和磷酸盐对喷补料性能的影响。
图1 喷补料用结合剂的温度范围
1 试验
1）试样的配料组成
表1列出了试样的配料组成骨料使用黏土原料，分别添加了3%硅酸盐和磷酸盐作为结合剂添加了1%钙化合物作为凝结剂。
表1 试样的配料组成%
2）试验方法
用于测定线变化率和抗折强度的试样的制备顺序示于图2。向配料中添加水20%，用万能搅拌机混合，之后浇注到模具内(40mm×40mm×160mm)，然后于20℃养生24h。脱模后于110℃干燥24h，之后在1000℃、1400℃加热处理3h。根据养生后和加热处理后的尺寸求出线变化率并采用3点抗折试验评价了抗折强度。
用于测定黏结强度试样的制备顺序示于图3向黏土砖上喷补，之后在110℃干燥24h，在1000℃、1400℃加热处理3h，作为测定黏结强度的试样在黏结部位施加载荷，根据最大剪切载荷和黏结面积求出黏结强度。
图4示出了结合剂的加热熔融试验方法将电炉内加热的黏土砖取出，放到炉外，当温度达到规定温度时放上5g结合剂，观察了1min后的熔融状态。
3 试验结果
3.1 线变化率
图5示出了结合剂品种和处理温度对线变化率的影响。温度在1000℃以下时没有发现受结合剂品种的影响，但温度在1400℃时，两种结合剂都出现收缩，并且磷酸盐结合剂试样的收缩量比硅酸盐结合剂试样的收缩大。
图2 用于测定永久线变化率和抗折强度试样的制备顺序
图3 用于测定黏结强度的试样制备顺序
图4 加热熔融试验方法
图5 结合剂品种和热处理温度对线变化率的影响
3.2 抗折强度
图6示出了结合剂品种和处理温度对抗折强度的影响。温度在110℃时没有发现受结合剂品种的影响，但是温度超过1000℃时，随着处理温度的升高，抗折强度增大。特别是在1400℃，磷酸盐结合剂试样的抗折强度大约是硅酸盐结合剂试样的2倍。
图6 结合剂品种和热处理温度对抗折强度的影响
3.3 黏结强度
图7示出了结合剂品种和处理温度对黏结强度的影响。温度在1000℃以下没有发现受结合剂品种的影响，但是当温度在1400℃时磷酸盐结合剂试样的黏结强度是硅酸盐结合剂试样的2倍。
图7 结合剂种类和热处理温度对黏结强度的影响
3.4 结合剂的加热熔融性
图8示出了处理温度对结合剂加热熔融性的影响。温度在300℃时硅酸盐结合剂试样黏结面有些熔融，但磷酸盐结合剂试样仍保持粉状。温度在500℃和1000℃时硅酸盐结合剂试样整体软化，但磷酸盐结合剂放上后立即熔融，并渗透到黏土砖中。
图8 热处理温度对结合剂熔融性的影响
3.5 微观组织观察
图9示出了试样在1000℃和1400℃处理后的微观组织。温度在1000℃时没有发现明显的差异，但温度在1400℃时黏土砖与喷补料间的分界区域均不明显。特别是使用磷酸盐结合剂的试样，砖的骨料熔融，与喷补料成为了一体。
图9 硅酸盐和磷酸盐喷补料的微观组织
4 研究
使用磷酸盐结合剂时，高温处理后的抗折强度和黏结强度都比硅酸盐结合剂高。根据结合剂加热熔融试验结果可知，一般认为这是因为磷酸盐结合剂在高温下熔融，并渗透到与砖的边界区域和砖内部，砖和喷补料粘结牢固。
普通型喷补料的高耐用化纳入研究视野，所以本文研究了结合剂对黏土质骨料的影响，关于对高温喷补材料所用的氧化镁骨料的影响情况，今后要继续研究。图10示出了MgO-P2O5相平衡图，因为和氧化镁之间也生成熔点低的矿物，所以估计磷酸盐结合剂会出现与黏土骨料同样的现象
5 结语
研究了喷补料具有代表性的结合剂—硅酸盐和磷酸盐对喷补料性能的影响，获得以下结论。
图10 MgO-P2O5的相平衡图
(1)高温处理后的抗折强度和黏结强度，磷酸盐结合剂比硅酸盐结合剂高。
(2)通过加热，磷酸盐结合剂熔融并渗透到黏土砖中。
(3)使用磷酸盐结合剂的喷补料，与部分砖骨料熔融为一体。
(4)使用磷酸盐结合剂的喷补料的粘结性好，认为其原因是磷酸盐结合剂渗透到喷补料与砖的边界区域和砖的内部。
氧化镁原料广泛应用于高温喷补料，其反应性今后将做进一步研究，为延长喷补料的使用寿命作出贡献。
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