磷酸盐浇注料的硬化机理及影响性能的因素

作者：test  发布日期：2016-08-31

       磷酸盐浇注料的硬化机理是磷酸盐胶结剂与物料的化学反应和黏附胶结的结果。化学反应是由于生成含水的磷酸二氢铝,磷酸一氢铝以及它们的聚合作用。胶结剂中的正磷酸和磷酸盐完全中和时则生成不溶于水的磷酸铝,从而材料具有强度。磷酸盐耐火浇注料比水泥结合耐火浇注料的生产复杂，需要调配各种溶液，困料或另加外加剂等。而这几个环节又是影响耐火浇注料的主要因素。其次，粉料和骨料的品种及用量、施工方法和热处理制度以及其他种种因素对磷酸和磷酸盐耐火浇注料的性能也有一定的影响。所以，生产磷酸和磷酸盐耐火浇注料时，严格遵守工艺制度，特别是对胶结剂的浓度和用量要准确掌握，否则将对耐火浇注料的性能受到显著的影响。

     （1）胶结剂浓度和用量
      影响磷酸和磷酸盐耐火浇注料性能的主要因素之一是胶结剂的浓度和用量，只有胶结剂的浓度和用量适宜，才能保证具有优良的理化性能。
      从成型性能上看，当磷酸浓度一定时，用量少料干，不易成型；用量多料稀，成型后凝结硬化较慢。当磷酸用量一定时，浓度高的料干不易成型；从荷重软化温度上看，随着磷酸用量和浓度的增加而略有降低之趋势。磷酸用量对耐火浇注料烧后耐压强度也有影响，当耐火浇注料组成及磷酸浓度一定时，其烧后耐压强度随着磷酸用量的增加而降低。
      磷酸浓度和用量对常温耐压强度也有一定的影响。在耐火浇注料材料组成和促凝剂的用量一定时，常温耐压强度随着磷酸浓度和用量的增加而降低，甚至产生缓凝或不凝的现象。在常温下不加促凝剂，磷酸和磷酸盐高铝质或粘土质耐火浇注料一般是不凝的，这是正常情况。当浇注料组成及促凝剂用量和胶结剂浓度一定时，胶结剂用量过多，则产生缓凝或不凝现象。另外成型温度低，促凝剂用量不足等情况，也可能产生缓凝或不凝现象。
      速凝现象主要指胶结剂与粉料、促凝剂等迅速而激烈反应，在骨料颗粒周围形成薄薄的包裹层硬壳，致使浇注料成型困难并降低耐压强度甚至完全没有强度。一般情况下，当磷酸和磷酸盐耐火浇注料组成、促凝剂和胶结剂用量一定时，胶结剂浓度过大，则产生速凝现象。因为胶结剂浓度过大，与粉料、促凝剂和骨料之间的反应速度快。在这种情况下，向拌和物中加磷酸溶液或水，料的表面很湿，浇注料成型后仍是不凝固的。因为促凝剂已经与高浓度磷酸迅速反应完毕，反应产物黏附于颗粒周围，但松散颗粒之间并没有形成牢固的结合。另外，掺加促凝剂过量或料中混进含MgO和CaO等材料时，也可能产生速凝现象。胶结剂种类不同，对耐火浇注料的性能也有某些影响。还应指出，胶结剂浓度和用量的最佳值，随着耐火骨料和粉料和品种及成型方法的不同，也有差异。另外，当原材料含水率过高时，应适当提高胶结剂的浓度或减少用量，否则会降低耐火浇注料的性能或者可能产生缓凝或不凝现象，致使耐火浇注料不能使用。
     （2）耐火骨料和细粉
      磷酸和磷酸盐耐火浇注料可用多种耐火粉料和骨料配制，但用中性或偏酸性、弱碱性物料最为合适。耐火粉料和骨料是磷酸盐耐火浇注料的基质材料，它的品种、用量、细度及颗粒级配对耐火浇注料性能有较大的影响，必须根据工程要求合理选择，做到物尽其用。
      耐火粉料是磷酸耐火浇注料的最重要的组分，它与胶结剂反应所产生的物理化学变化，直接决定着耐火浇注料的性能。耐火浇注料的烧后耐压强度随着粉料含铝量的增加而增加，但在1400℃左右时，品位低的有利烧结，所以表现为强度较高。何种软化温度随着粉料含铝量的增加而略有提高。但对烧后线变化、显气孔率的体积密度和影响不明显。
      在磷酸和磷酸盐耐火浇注料中，必须有足够数量的粉料才能包裹住颗粒表面，并与胶结剂发生反应形成牢固的结合，使耐火浇注料有较好的性能。当保证一定和易性的前提下，粉料过多，胶结剂用量亦要相应的增加，对耐火浇注料性能不利；粉料过少，虽然胶结剂用量减少了，但耐火骨料表面未被粉料全部包裹住，胶结不牢，组织结构输送，因此强度降低。
       粉料细度对磷酸和磷酸盐耐火浇注料的性能也有直接影响。一般说来，耐压强度随着粉料比表面积的增加而增大。因为粉料越细，比表面积越大，活性也越好，所以，越容易与胶结剂发生反应。因此，用于磷酸和磷酸盐耐火浇注料粉料细度的要求为：小于0.088mm的应不少于85%。一般不采用耐火泥作粉料，更不能在粉料中混进其他杂质。
       耐火骨料也是耐火浇注料的重要组分，起骨架作用，约占其总量的70%。耐火骨料品种对磷酸耐火浇注料性能的影响，骨料品种的品位的不同，性能也各不相同。
      （3）促凝剂
      磷酸耐火浇注料在常温条件下，不加促凝剂是不硬化的，必须加热才能有强度，因此称为“热硬性”材料。为了在拆模、运输和吊装过程中，能具有不损坏所必需的耐压强度，应掺加促凝剂。耐火浇注料中加入促凝剂后，不但要使浇注料具有必要的常温耐压强度，而且应对高温性能无影响或影响甚少，同时取材要容易。促凝剂品种较多，一般常用的有矾土水泥、低钙铝酸盐水泥，其加入量为2%~3%，促凝效果较好，但用量多时，对高温性能有较大的影响。如促凝剂用量适当时，荷重软化温度并无明显降低。一般来说，促凝剂的加入量与耐火浇注料的材料品种组成、施工方法和环境、温度等条件有关。
      （4）工艺因素及存放条件
      磷酸和磷酸盐耐火浇注料的生产工艺合理，才能获得良好的性能。如果混合料搅拌不均匀，第一次加入胶结剂过多，拌和物不按时用完，振捣不均匀或时间不够等情况，都会引起浇注料不密实而降低性能。