磷酸盐结合耐火泥浆的性能及应用
发布日期： 2020-10-28 10:42:21 阅读量（815） 作者：磷酸盐是不定形耐火材料常用的结合剂之一，本文以耐火泥浆为例，简单讲述了磷酸盐结合耐火泥浆的性能及在高炉、焦炉以及在耐火纤维材料施工中的应用。
1、耐火泥浆的研究现状
英国于1967年公布了一种高铝质磷酸盐泥浆的专利，其配比(w)为：80%-90%烧结矾土，5%~10%生黏土，2%~4%糊精，6%~8%的体积密度为1.65g.cm-3的正磷酸。
表1各种氧化物与磷酸盐混合物的耐火度和熔点
武汉冶金建筑研究所于70年代初研制了性能优良的用于砌筑高炉用的高铝砖的701泥浆。其配比(w)为：w(Al2O3)>70%的高铝矾土熟料，粒度要求<0.125mm，其中<0.088mm占65%~80%，外加结合剂为质量浓度85%，比重1.7的工业磷酸15%~17.5%，外加增塑剂为质量浓度1%~4%的牛皮胶水18%~24%。环境温度>20℃，泥浆经24h困料后即可使用。该泥浆还可用于焦炉喷补。
701泥浆性能为：耐火度>1770℃抗渣性、抗铁侵水蚀性能均优于高铝火泥的;热膨胀率与高铝砖近似，加热到1400℃为1%~1.2%;加热到300℃以上就具有一定的粘结强度，1400℃烧后冷态强度为4.0~12.0MPa;1350℃的热态粘结强度为1.2~5.0MPa;该泥浆保水性好，粘结时间20~30s，不流淌，无花脸和空隙。
701泥浆是将高铝火泥干粉与磷酸溶液分别包装，现场使用时混合搅拌后使用，有诸多不便与不足。武汉冶金建筑研究所等在引进消化吸收日本泥浆的基础上研制了以粉末状磷酸二氢铝为结合剂，加入添加剂CMC-A(具有缓凝、保水、酸性抑制作用)等研制了新型高铝质磷酸盐泥浆，其理化性能见表2。
唐建生等以w(Al2O3)=86.22%的特级高铝矾土和w(Al2O3)=82.70%的一级高铝矾土为原料，磷酸二氢铝为结合剂，广西白泥为增塑剂，w(SiO2)=99.4%的硅石粉SiO2为膨胀剂研制了高炉用高铝质磷酸盐泥浆，其性能为w(Al2O3)=76.2%，耐火度1790℃，110℃时的抗折牯结强度为2.3MPa，1400℃时的抗折粘结强度为10.1MPa，荷重软化温度为1630℃。
表2新型高铝质磷酸盐泥浆的牌号及性能
孙红刚等选用w(P2O5)=65%、w(Al2O3)=17%的磷酸二氢铝为结合剂，制备了砌筑高铬砖(CRB-90)的磷酸盐泥浆。结果发现，以质量分数分别为50%的氧化铬，40%的电熔氧化铬，10%的α-Al2O3和其他，外加10%~15%的磷酸二氢铝制备的铬质磷酸盐泥浆性能最好。
雷伯平研究了影响耐火泥浆操作性能(粘结时间)的诸多因素：①粒度。颗粒太粗，泥浆易沉淀，干得快，涂抹性能差;颗粒太细，难于得到规定的灰缝厚度，高温收缩大。因此，≤0.088mm的粉料应占60%(w)以上。②水质。最好用饮用水。③粘结时间与砖的显气孔率关系密切，显气孔率低，粘结时间长，显气孔率高，粘结时间短些。④搅拌方式，泥浆一经揽拌，结合剂就溶解，黏土发生解胶，引起粘结时间变化，直至出现稳定的粘结时间，必要的搅拌时间取决于搅拌机的形式和搅拌量，宜用于灰浆搅拌机，手工搅拌达到稳定的搅拌时间长达2OH，且粘结时间短。⑤灰缝厚度。灰缝厚粘结时间长。⑥结合剂的影响。可用一些结合剂来调整泥浆的结合时间，用于调整磷酸盐泥浆粘结时间的有机结合剂有CMC、糊精和木质素璜酸盐;无机结合剂有碳酸钠、膨润土和无水石膏。有机与无机调整剂可单独使用，也可两者配合使用，如碳酸钠与木质素璜酸盐配合使用，CMC与烧石膏配合使用。
许承风从耐火泥浆的施工性能和使用性能出发提出了一些添加剂如下：改善泥浆施工性能与常温粘结强度的有淀粉、糊精、鹿糖、狻甲基纤维素、木质素璜酸盐、硼砂、乙二醇等物质。改善烧结性的有：SiO2微粉、Al2O3微粉。改善泥浆高温下收缩的膨胀剂有硅石、兰晶石、红柱石和叶蜡石等。
2、磷酸盐泥浆在高炉和焦炉上的应用
磷酸盐泥浆配比见表3。
表3磷酸盐泥浆配比
其操作程序为：
(1)配料。按表5称取原料，按高铝粉—水—磷酸液或水—磷酸液—高铝粉顺序配料。
(2)困料。环境温度20℃以上，水温301以上，经24~36h困料，泥浆可达标准要求。困料的目的是使酸性结合剂与混合料中含有的金属铁或含铁化合物反应放出氢气后使用，避免使用中产生鼓胀。
(3)搅拌。最初2h，要经常搅拌，以后每隔1h搅拌1次，每次搅拌15min，保存温度15℃以上。
(4)筑炉法。分为沾浆法、挤泥法和修炉法三种。
沾桨法，用于砌筑炉底。分五步操作：①稳沾，用两手抓住长砖两短侧面沾浆，先小面后大面，待浆满后倾斜取出，使泥浆向一侧流动，靠砌前，使砖掉向，泥浆向相反方向流动，然后把砖低靠接砌;②低靠，把沾满泥浆的砖要紧靠在已砌好的第一排砖的下部，一般以30~50mm为宜，如靠得过高时，会由于拉动时，把下部泥浆挤出，容易造成下部空浆现象;③短拉，即砖低靠后上下拉动得距离要小，一般在20~40mm，拉动距离过大，会把下部泥浆挤出，出现泥浆不满，呈花脸;④重揉，即在揉砌时，要用力作用在砖的下部，以保持砖的垂直度;⑤慢离，即在重揉后，要扶持住砖慢离手，以减少砖张嘴和泥浆流失现象的发生。
挤泥法，主要用于砌筑炉墙。将泥浆铺平后，用砖侧面沾浆，或采用先沿长面短拉重揉挤出泥后，在推挤短面出浆。由于泥下沉流动，不宜采用随砌随刮浆的砌筑方法，一般应在砌筑5~6块砖后再行刮浆勾缝。
修炉法，a)修裂缝与活砖，用稠度适宜的泥浆分层填实压光，裂缝超过30mm时，可配入2~3mm的高铝颗粒，占熟料粉的30%(w)左右，困料后用;b)烧损衬法，局部损坏。把烧穿处炉皮剥开，在外面炉皮上焊上新炉板，上留灌浆口，待灌满浆后焊实，或在损坏处抹实泥浆后投人使用;c)密封炉墙，主要采用机具喷衬法和人工刷浆法，喷补高炉内衬，泥浆要稠，喷补层要厚，如热喷焦炉碳化室，泥浆要稀，厚度1~2mm。热喷温度800℃以下喷补为宜;人工刷浆，多用于小面积密封墙，优点挂浆均匀，少流失。
(5)烘炉。施工完后，即时烘炉，一般烘至500℃即可。
3、磷酸二氢铝泥浆粘结耐火纤维毡和纤维板的应用
(1)磷酸二氢铝溶液的配制。将磷酸和氢氧化铝按Al(OH)3+3H3PO4=Al(H2PO4)3+3H2O配合反应完毕后，加水成质量浓度为50%的溶液，20℃时相对密度为1.47~1.48，pH=1.5~2，n(P2O5)：n(Al2O3)=3。装入玻璃瓶或塑料桶内储存且要封严。
(2)耐火粉料的选配。耐火粉料可选择氧化铝、焦宝石熟料、高铝熟料等，可采用以下几种配比方式：85%(w)的氧化铝+15%(w)的膨润土，外加3%~5%(w)的Cr2O3;85%(w)的氧化铝+15%(一的膨润土;85%(w)的焦宝石熟料+15%(w)的膨润土;90%(w)的高铝矾土熟料+10%(w)的膨润土。料粗，烧结强度高，室温粘性差;料细，室温粘性好，但烧结强度稍差，一般以200~300目为宜。
(3)粘附操作。使用时将磷酸二氢铝溶液倒入上述配好的耐火粉料中，调和成浆糊状即可粘贴。太稠，粘性小，不易粘贴;太稀，粘性也小，烧结强度急剧下降，稀稠要适中。
(4)存放。配制好的泥浆不宜久放，要现配现用。如要久存，应加入草酸等缓凝剂。
(5)操作步骤：①在耐火纤维板的欲贴面上先喷或刷一层25%(w)的磷酸二氢铝溶液，喷液中加入3%Cr2O3更好，可起到抑制胶结处纤维莫来石结晶和蠕变的作用。②将磷酸二氢铝和耐火粉料调成浆糊状后，静置15min待用。用时，当耐火砖吸湿慢时，可直接涂抹;当耐火砖吸湿快时，必须先用25%的溶液刷几遍，再涂抹泥浆。之后，及时将纤维板(毡)贴上，为保证贴的牢固，最好采用磙子滚压紧密。③供烤：粘贴后室温养护12~24h，小火在100℃保温1.5h，中温300℃保温2h，最后500℃保温2h。该技术也可用于热处理炉，工业电阻炉和燃煤(煤气)工业炉。
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