耐火可塑料是由70~80%粒狀和粉狀物料,加10~25%可塑性粘土等結(jié)合劑及適量增塑劑配制而成的,呈硬泥膏狀,并在較長時間內(nèi)保持較高可塑性的不定形耐火材料。
耐火可塑料主要用于不直接與熔融物接觸的各種加熱爐中,材質(zhì)多為粘土質(zhì)和高鋁質(zhì),也有硅質(zhì)、鎂質(zhì)、鉻質(zhì)、鋯英石質(zhì)和碳化硅質(zhì)等。若按結(jié)合劑分類,有粘土結(jié)合、水玻璃結(jié)合、磷酸鹽結(jié)合、硫酸鹽結(jié)合的可塑料等。
耐火可塑料用的骨料,主要有特級黏土熟料,三級、二級或一級礬土熟料等。耐火骨料最大粒徑為10mm,其顆粒級配:10~5mm,33%~40%;5~3mm,28%~35%;小于3mm,28%~35%。應(yīng)當(dāng)指出,0.5~0.09mm的顆粒料應(yīng)盡量減少,或剔除不用。其骨料用量為55%~65%。
耐火粉料一般選用特級、一級或二級礬土熟料制作,其細(xì)度為≤0.09mm的應(yīng)占95%,實際上越細(xì)越好。嚴(yán)禁用欠燒料或黏土熟料作耐火粉料。耐火粉料用量為20%~30%。
為了保證能順利施工和在高溫下能正常使用,耐火可塑料一般應(yīng)具備如下基本性能:①具有一定的可塑性,以便于施工;②具有一定的保存期,以保證在指定的存放期內(nèi)成型性能不變;③常溫養(yǎng)護(hù)后具有一定的強度,以利于施工后能拆除框架或搬運;④具備一定的高溫體積穩(wěn)定性,以防止因變形過大而造成爐襯結(jié)構(gòu)破壞。
既然被稱做耐火可塑料,那么它的可塑性與什么有關(guān)系呢?
可塑料的可塑性與粘土的特性及加入量有直接影響。同時與加水量也有關(guān)??伤苄噪S加水量增多而提高。但不能過高,一般為5~10%。提高可塑性就是要要控制可塑料中粘土用量及加水量,可外加增塑劑。
增塑劑在耐火可塑料中的作用:①使粘土顆粒的吸濕性提高,使粘土微粒分散并被水膜包覆;②使粘土顆粒溶膠化;③使粘土微粒間的靜電斥力增高,穩(wěn)定溶膠;④將阻礙溶膠化的離子作為不溶性的鹽排除于系統(tǒng)之外;⑤)使粘土中的水提高粘度,以形成結(jié)實的水膜等。常用的增塑劑主要有紙漿廢液、環(huán)烷酸、木素磺酸鹽、木素磷酸鹽、木素鉻酸鹽等。同時耐火可塑料里面用的結(jié)合劑也對可塑性產(chǎn)生一定的影響。
軟質(zhì)黏土是耐火可塑料的重要原材料,可塑料主要性能特性也是來源于軟質(zhì)黏土。在耐火可塑料中,軟質(zhì)黏土不但起結(jié)合劑作用,同時也起增塑劑和燒結(jié)劑作用。它對耐火可塑料的可塑性、保水性、施工性、常溫和高溫耐火性能,都有較大的影響。因此,配制耐火可塑料用的軟質(zhì)黏土,應(yīng)具有良好的可塑性、吸濕性,適度的黏性、耐火性和燒結(jié)性。從成型和保水性上看,黏塑性最好的是廣西泥和水曲柳黏土,最差的是復(fù)州黏土,焦作泥與樟樹黏土、紫木節(jié)黏土可復(fù)合使用。其細(xì)度:小于0.09mm占85%以上,用量為10%~15%。
化學(xué)結(jié)合劑為硫酸鋁溶液,密度為1.2~1.3g/cm3。采用該結(jié)合劑混練后應(yīng)進(jìn)行困料,困料時間16h以上。因硫酸鋁中的硫酸根與粉料的鐵反應(yīng),生成硫酸鐵并逸出氫氣,致使泥料起泡或鼓脹,所以應(yīng)困料;烘干后的耐火可塑料表面,有淡黃色的析出物,化學(xué)和巖相分析認(rèn)定為鐵明礬,其分子式為FeO·Al?O?·4SO?·22H?O。
,硫酸鋁溶液中所含18個結(jié)晶水,約在134℃大部分脫除。在330℃左右,再失去小部分結(jié)晶水。在835℃上的吸熱峰,是硫酸鋁分解成Al?O?和SO?,SO?呈氣態(tài)逸出。因此,致使耐火可塑料組織結(jié)構(gòu)稍有疏松,強度有所降低;鐵明礬差熱曲低溫段的吸熱峰,系結(jié)晶水排出所致,752℃的吸熱峰為鐵明礬分解并放出SO?造成的,同樣對可塑料強度有所影響。
耐火可塑料發(fā)泡的數(shù)量,與硫酸鋁的純度、密度和加入量有直接關(guān)系。一般來說,純度高、密度大和加入量多時,其發(fā)泡數(shù)量也多。這是由于帶入的硫酸很多所致。因此,在滿足耐火可塑料的可塑性、施工性和耐火性的前提下,可選用粗制硫酸鋁,配制成低密度溶液,并盡量減少其用量。硫酸鋁溶液用量一般為9%~13%。
耐火可塑料用的外加劑,主要有保存劑、增塑劑、增強劑和防腐劑等。其外加物有鋰輝石粉(LiO?·Al?O?·4SiO?)、鋰云母粉(LiO?·Al?O?·3SiO?)和膨潤土等燒結(jié)劑(亦稱礦化劑),藍(lán)晶石或硅線石等膨脹劑。
耐火可塑料用的外加劑種類較多,除表1中所述之外,還可用聚乙烯醇、糊精、淀粉、羧甲基纖維素、檸檬酸、葡萄糖酸和硅酸乙酯等。外加劑用量一般小于1%,大于1%時兼有結(jié)合劑的作用;外加物還有紅柱石、硅線石、鋯英石和氧化鋁粉等,其用量一般大于3%。
耐火骨料的最大粒徑為10mm,可塑料含水率約為9%,可塑性指數(shù)為17%~30%。表中蘇南泥系指蘇州泥和南京泥復(fù)合使用,前者燒結(jié)溫度高,后者因含低熔物多,燒結(jié)溫度低;特黏和Ⅰ礬等,分別代表特級黏土熟料和Ⅰ級礬土熟料等;Ⅰ、Ⅱ礬為Ⅰ級和Ⅱ級礬土熟料,以1:1混合制成耐火粉料;外加劑根據(jù)耐火可塑料的使用要求,進(jìn)行選定,參見表1。例如,生產(chǎn)后即進(jìn)行施工,可不摻加保存劑和防腐劑。
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