结合剂、添加剂都是耐火材料中不可或缺的组成部分,尤其是在免烧耐火材料中,不同种类添加剂的存在起着不同的性能作用。以下是在免烧耐火材料中常用添加剂种类:

增加耐火材料流动性添加剂(确保免烧耐火材料高温使用性能)(1)

不烧砖

1)铝粉

金属铝粉是一种银灰色的粉末,因可用来提高耐火材料的耐高温、常温强度和高温使用性能,而被广泛用于耐火材料的添加剂。铝粉存在于耐火材料中可直接氧化生成氧化铝,甚至与材料中微少的碳反应生成碳化铝,铝粉含量较高时也可直接氮化生成氮化铝,这几种物质均属于高温相,强度高,可增强材料的强度;生成的新晶相可堵塞气孔,降低气孔率,提高材料的致密度,有利于材料的常温强度和中高温强度,烧结性能和高温使用性能。金属铝粉的熔点为660℃左右,因此铝粉存在于耐火材料中中温1000℃左右下便为液相,能有效促进烧结效果。但是当铝含量过高时,生成的氧化铝过多,同时与材料中的方镁石反应生成原位尖晶石过多,导致材料过于膨胀,容易产生较大裂纹和气孔,不利于材料的致密化,降低材料的高温使用性能。

增加耐火材料流动性添加剂(确保免烧耐火材料高温使用性能)(2)

金属铝粉

2)单质硅粉

单质硅粉是一种灰褐色粉末,熔点是1410℃左右。作为耐火材料的一种添加剂,可提高材料的耐磨性,耐高温性。在无机结合方镁石-尖晶石免烧耐火材料系统中,可选择单质硅粉和铝粉同时添加,Si在材料中大多被氧化为SiO2,可与材料中的Al2O3细粉反应生成莫来石晶相,或者Sialon相,有助于材料骨料和细粉之间生成新的物相,提高材料的致密程度,降低气孔率,提高材料的强度和高温使用性能。且与金属铝粉混合添加时,单质硅粉的存在可作为铝粉反应的引发剂,缩短铝粉氧化反应时间。岳卫东[45]研究表明:在实验条件下,含碳耐火材料中添加铝粉和硅粉可发生碳化和氮化等反应,原位生成大量的非氧化物增强相,使材料的结构转化为以非氧化物结合为主,极大地提高材料的高温强度。

3)锌和氧化锌粉

Zn和ZnO一般与铝粉混合加入,加入一定量的锌粉可作为铝粉反应的引发剂,显著降低铝粉氧化反应的时间;且随着锌粉加入量的增加,铝粉氧化反应速率不断增加。且锌粉氧化后生成的氧化锌耐火度较高,可堵塞气孔,提高耐火材料的致密度,提高其中高温强度和高温使用性能。

ZnO粉末与铝粉混合添加时,有利于铝粉的氧化,促进生成Al2O3/Al复合相,用于耐火材料可提高材料的致密度,降低气孔率,提高材料的强度和高温使用性能。但当ZnO粉末加入过多时,铝粉的氧化不断增加,不利于材料的致密性。和铝粉混合添加时,相比较于Zn粉,ZnO粉末更有优势,相同的加入量下更有助于促进铝粉的氧化,促进Al2O3/Al复合相的生成,提高材料的致密度。

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氧化锌粉

4)氧化钇

Y2O3粉末为稀土氧化物的一种,为白色略黄粉末,熔点高达2410℃左右,但露置于空气中容易吸收空气中的水和二氧化碳。Y2O3有较高的熔点和较优异的性能,广泛应用于耐火材料中。稀土氧化物Y2O3加入有利于镁砂的烧结致密化。引入的Y2O3可固溶于方镁石晶体,使MgO晶格发生畸变,有利于MgO晶粒的发育长大。因此对于方镁石-尖晶石免烧耐火材料,Y2O3的加入有利于促进材料的烧结,促进材料的致密化,提高材料的强度和高温使用性能。

5)氧化钛

二氧化钛是一种白色粉末的两性氧化物,熔点在1840℃左右,作为添加剂在耐火材料中应用广泛。在方镁石-铝镁尖晶石免烧耐火材料中,二氧化钛可用于降低原位尖晶石化反应的温度,促进材料在热处理时固相烧结效果,增大原位尖晶石生成时的体积膨胀,减小高温烧结下的体积收缩,使免烧材料有一定的微膨胀,有利于材料的高温性能。但氧化钛添加过多会导致材料过度膨胀,不利于材料的致密化程度。

氧化钛粉末与铝粉同时添加时,铝粉可用于提高其常温强度和中高温强度,氧化钛可用于提高材料的抗热震性能,同时在材料实际使用过程中,氧化钛与钢渣中的氧化钙、氧化硅反应生成的钙钛矿属于高温相,熔点在1915℃左右,堵塞气孔,提高材料的抗渣渗透性,有利其高温使用性能。

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