耐火浇注料常用到的三种结合剂

耐火浇注料是由耐火骨料与基质粉料，加入一定量结合剂和添加剂共同组成。施工的时候，加水进行搅拌，使其具有较好流动性，进一步经过成型、养护使其凝结、硬化。因为其施工效率高、生产工艺简单等优点，耐火材料应用普遍，从钢铁工业的炼铁工序的高炉、热风炉、焦炉，到炼钢工序的转炉、连铸等加热炉均有所应用。另外，还用于水泥、玻璃等产业的窑炉以及焚烧炉等要求高温处理的位置。

虽然耐火材料中主原料至关重要，但结合剂是不可缺少的重要组成部分。结合剂的作用即是将骨料和细粉颗粒胶结在一起，经过养护一定的时间，从而获得相应的脱模强度。耐火材料中的结合剂不仅要满足一定的常温性能，还要能够使得浇注料具有较好的高温使用性能，此外还需考虑该结合剂是否与浇注料中的其他物质发生反应，产生低熔相。不定型耐火材料所用的结合剂有许多种，其中常用的有铝酸钙水泥、溶胶及水合氧化铝等。

01铝酸钙水泥结合浇注料

铝酸钙水泥作为结合剂的应用最为广泛。但是，由于铝酸钙水泥在使用时，不可避免的引入一定量的CaO，与耐火混合物中的其他氧化物结合，导致低共熔点混合物的形成。例如，在含有二氧化硅的体系中，铝酸钙水泥中的CaO与Al2O3与浇注料中添加的SiO2微粉反应生成了低共熔点相CAS2和C2AS，使得浇注料的抗渣性及高温性能下降。因此，为了避免在高温条件下，浇注料中有液相的形成，提高浇注料的耐腐蚀性与高温强度，从而延长浇注料的使用寿命，低水泥(1.0%≤W(CaO)≤2.5%)和超低水泥(0.2%≤W(CaO)≤1.0%)浇注料应运而生。虽然减少了CaO的引入，优化了浇注料的高温性能，但是由于其并未完全摆脱水泥的使用，所以其在高温条件下的使用依旧受限。

02溶胶结合浇注料

凝聚结合一般指，在VanderWaals力作用下，尺寸接近的粒子凝聚而进行结合。溶胶结合是凝聚结合的一种形式。溶胶之所以可以作为耐火材料结合剂使用，是基于溶胶-凝胶技术，与混合物搅拌的过程中形成的网络絮凝结构，把耐火物料中的骨料包裹连接起来形成了坯体，从而为溶胶结合的浇注料提供脱模强度。

硅溶胶是二氧化硅胶体均匀分布在水中而形成的胶体溶液，硅溶胶结合就属于溶胶结合。硅溶胶的缩合反应为：-Si-OH+HO-Si-=-Si-O-Si-+H2O，形成网络结构，从而提供强度。硅溶胶结合浇注料在混合、中低温强度、烧结性能、体积稳定性、高温强度等方面具有明显的优势。但是，常温养护后的硅溶胶结合浇注料脱模强度较低，因此不能广泛使用。

03水合氧化铝结合浇注料

水合氧化铝(ρ-Al2O3)是一种遇水可水化的氧化铝(氧化铝的一种晶型)，其结晶性能差。在常温下遇水发生水化反应形成拜耳石Al(OH)3和勃姆石溶胶AlOOH。拜耳石和勃姆石溶胶均具备胶结和硬化作用，从而为水合氧化铝结合浇注料提供强度。在高温下，Al(OH)3及AlOOH最终转变为α-Al2O3，因此水合氧化铝结合的浇注料具有较高的高温强度。

在含有二氧化硅的体系中使用时，避免了CaO的引入，提高了浇注料的液相生成温度，使得浇注料具有更高的高温强度。在不含有二氧化硅的体系中(比如钢包内衬用铝镁质浇注预制块)，由于水合氧化铝在高温下最终转化为α-Al2O3，与体系中的MgO反应，生成了耐侵蚀且熔点高的镁铝尖晶石，从而使其高温性能较好，改善其抗侵蚀性。此外，水合氧化铝结合浇注料可大量吸收渣中CaO，使得渣碱度下降，还形成了CA6致密层，阻挡CaO进一步渗透到材料内部，从而增强了材料的抗渣渗透能力。

但是水合氧化铝作为结合剂也存在一定的缺点，例如，水合氧化铝结合浇注料生坯强度低，即浇注料的脱模强度低。此外，在烘烤过程中，水合氧化铝结合浇注料的水化产物在较短的温度范围内迅速脱水，其显气孔率较低，并且随着温度的升高，显气孔率保持不变，所以透气性较差，抗爆裂性能差。