磷酸盐结合浇注料
- 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，
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(H2OPO4)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。但在不定型耐火材料中，最常用的是MgO、CaO·2Al2O3，用MgO作促凝剂时会与磷酸二氢铝发生硬化反应。
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）反应生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，第一次将约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。
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。
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性能 |
黏土质 |
高铝质Ⅰ |
高铝质Ⅱ |
|
ω（Al2O3）/% |
45 |
60 |
75 |
|
烘干后体积密度/g·cm3 |
2.23 |
2.34 |
2.60 |
|
冷态耐压强度/MPa |
110℃,24h |
26.0 |
28.0 |
34.0 |
|
1000℃,3h |
22.5 |
26.0 |
29.0 |
|
1400℃,3h |
32.0 |
31.0 |
41.0 |
|
热态耐压强度/MPa |
1000℃,3h |
30.0 |
30.0 |
29.0 |
|
1200℃,3h |
6.0 |
9.0 |
8.5 |
|
抗热震性/次（800℃⇌水冷） |
＞50 |
＞50 |
＞50 |
|
烧后线变化率/%（1400℃，3h） |
+0.80 |
+0.72 |
+0.45 |
|
0.2MPa荷重软化温度/℃ |
0.6% |
1140 |
1190 |
1250 |
|
4% |
1410 |
1470 |
1450 |
（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发生化学反应，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，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，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的MgO反应，从而加速硬化速度。
三聚磷酸钠在水中的溶解度与温度的关系
|
温度/℃ |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
|
溶解度/g·（100gH2O） |
14.5 |
14.6 |
15.0 |
15.7 |
16.7 |
18.2 |
20.6 |
23.7 |
|
饱和液中含量/% |
12.6 |
12.7 |
13.0 |
13.6 |
14.2 |
15.4 |
17.1 |
19.2 |
|
|
指标 |
|
体积密度/g·cm3 |
110℃，24h |
2.8～2.9 |
|
1500℃，3h |
2.80～2.85 |
|
气孔率/% |
110℃，24h |
8～14 |
|
1500℃，3h |
16～20 |
|
耐压强度/MPa |
110℃，24h |
60～80 |
|
1500℃，3h |
30～40 |
|
抗折强度/MPa |
110℃，24h |
8～12 |
|
1500℃，3h |
4～6 |
|
加热后线变化率/% |
110℃，24h |
-（0.1～0.5） |
|
1500℃，3h |
-（0.5～1.0） |
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