几种低温结合剂对中间包镁质干式料性能的影响

中间包镁质干式料用低温结合剂的研究摘要针对中间包镁质干式工作衬用低温结合剂，选取葡萄糖、松香、蔗糖与酚醛树脂复合使用进行优选，发现葡萄糖与酚醛树脂复合使用效果较好。用葡萄糖取代大部分酚醛树使用，干式料的性能仍能满足使用需要，而其生产成本得到有效降低，环境友好性也得到提高。关键词中间包，干式料，低温结合剂，多羟基醛，酚醛树脂随着中间包水口快速更换技术的推广应用，中间包使用寿命不断提高，这对中间包工作衬用耐火材料提出了更高的要求，而采用镁质干式料能较大幅度提高中间包的使用寿命。干式料为无水施工，其特殊的低温结合剂是影响干式料使用性能的关键因素之一。热塑性酚醛树脂粉具有优异的使用性能［1-2］，已成为干式振动料低温结合剂的主流材料。但是，酚醛树脂粉的价格十分昂贵，且烘烤过程中产生少量刺激性气体。寻找合适的替代品，已成为各生产厂家降本增效的迫切需要。为此，本工作针对中间包镁质干式工作衬，另选了葡萄糖、松香、蔗糖3种有机物与酚醛树脂复合使用，其强度仍能满足现场施工和使用的需要。1实验实验用主要原料为普通烧结镁砂，粒度分别为3〜1mm、1〜Omm和三0.088mm,化学成分见表1。表1主要原料的化学组成名称化学组成(wt%)体积密度MgOSiO2Al2O3CaO（g/cm3）普通烧结镁砂91.43.71.12.13.15将葡萄糖、松香、蔗糖与酚醛树脂四种有机结合剂按一定比例混合，加入耐火集料进行干混。该耐火集料由粒度分别为3〜1mm、1〜0mm和三0.088mm的普通烧结镁砂组成，为突出结合剂的作用，方便进行比较，其含量分别为45%、45%、10%。将混合均匀的干式料，装入40mmx40mmx160mm的标准模具，分两次加料、震动成型，总震动时间10〜15s,190°Cxlh烘烤，自然冷却、脱模，测抗折强度。实验方案如表2所示。表2复合结合剂的配比试样编号结合剂组成百分含量(wt%)酚醛树脂葡萄糖松香试样编号结合剂组成百分含量(wt%)酚醛树脂葡萄糖松香蔗糖1O.51.512.52O.5O.5223O.522.51.541111512.51.5O.56112.52.571.52.5O.5281.51.51.51.591.5O.52.511O22O.5O.5112O.51.52.5122222132.51O.51.5142.52.511152.51.52O.5根据实验前期结果，干式料低温结合剂用葡萄糖和酚醛树脂复合使用。实验后期，为确定葡萄糖和酚醛树脂的最佳分配比例，制定了如表3和表4所示的两组平行试验，其所用镁砂级配及其比例、制样方法均与上述相同。表3酚醛树脂与葡萄糖的加入量a试样编号12345678酚醛树脂的加入量0.4m0.6m0.7m0.8m1m1.1m1.3m1.4m/%葡萄糖的加入量/%0.8n0.4n1.2n0.5n1.3n0.8n0.2n1n表4酚醛树脂与葡萄糖的加入量b试样编号910111213141516酚醛树脂的加入量0.4m0.6m0.7m0.8m1m1.1m1.3m1.4m/%葡萄糖的加入量/%0.5n1.3n0.8n0.2n1n0.4n1.2n0.7n注：表中m<2,m+n<5-最后，将实验所得复合结合剂与酚醛树脂进行对比。此实验过程尽可能模拟使用现场的工艺条件，采用的耐火集料由粒度分别为3〜1mm、1〜Omm和＜0.088mm的普通烧结镁砂组成，其含量分别为30%、40%、30%。按上述同样的方法制样，测抗折强度，如表5所示。表5复合结合剂与酚醛树脂的对比实验试样编号结合剂加入量/%12试样编号结合剂加入量/%1234酚醛树脂

m葡萄糖O2结果与分析2.1复合结合剂的优选实验试验表明，当酚醛树脂的加入量©%时，干式料容易粘模具，脱模困难。在加入少量酚醛树脂的情况下，引起粘模现象的主要是蔗糖，其严重程度递减顺序为：蔗糖〉葡萄糖＞松香。这是由于蔗糖加热后熔化后容易流失，聚集在模具壁面，使得干式料与模具的结合强度比干式料内部的强度高，脱模过程中试样容易破裂，故编号1#〜6#的试样无法测量抗折强度。编号7#〜9#、10#〜12#、13#〜15#试样的抗折强度分别如图1、如图2、如图3所示。A含量为A含量为1.5%/MP抗折强度编号7 8 9A：酚醛树脂，B：葡萄糖，C：松香，D：蔗糖图17#〜9#试样结合剂的加入量对抗折强度的影响编号10 11 12A：酚醛树脂，B：葡萄糖，C：松香，D：蔗糖图210#〜12#试样结合剂的加入量对抗折强度的影响A含量为2.5%BCD-H-抗折强度 BCD-H-抗折强度 一号52515O乡Z。%量含剂合结A：酚醛树脂，B：匍萄糖，C：松香，D：蔗糖图3 13#〜15#试样结合剂的加入量对抗折强度的影响由图1、图2和图3可以看出，当酚醛树脂加入量一定时，试样的抗折强度随着葡萄糖的加入量增加而升高。由此，根据图1、图2和图3所示结果，我们可以推断：本试验所用的酚醛树脂（酚醛清漆）若在不添加固化剂的情况下，由于其分子中不存在未反应的羟甲基，因而是热塑性的，需要加入固化剂并加热才能使其固化，而葡萄糖裂解的中间产物3］存在未反应的羟甲基（如图4所示），该羟甲基具有很高的活性，可以与树脂苯环上的氢原子形成次甲基桥而缩聚（如图5所示），这个过程与甲阶酚醛树脂的初期形成过程4］（如图6所示）类似。故选用酚醛树脂和葡萄糖复合使用有利于提高干式料的烘后强度。othercosnpuijentsOH0葡萄糖的裂解机理othercosnpuijentsOH0葡萄糖的裂解机理图5羟甲基的桥接作用图6甲阶酚醛树脂的初期形成过程中羟甲基的桥接作用2.2复合结合剂中酚醛树脂、葡萄糖的加入量对试样抗折强度的影响根据上述实验结果，选用酚醛树脂与葡萄糖为干式料用低温复合结合剂，为确定酚醛树脂、葡萄糖的最佳分配比例，制定如表3、表4所示两个平行实验，试验结果如图7所示。1.6111,4n1,2n1nO.Sn0.6n0.4n0.2n□A：酚醛树脂，B：葡萄糖图71苕〜16#试样复合结合剂的加入量对试样抗折强度如图7所示，1#〜8#和9#〜16#试样中，酚醛树脂的加入量均由0.4m%线性递增到1.4m%，葡萄糖的加入量呈折线状上下波动。在1#〜8#试样中，由1#、3#、5#以及2#、4#、6#、8#两组试样的抗折强度可以看出，酚醛树脂、葡萄糖的加入量同时增加时,试样的抗折强度逐渐增大；由5#、6#、7#试样的结果显示，试样的抗折强度随着葡萄糖的减少而降低。9#〜16#试样表明相似的规律。5#试样和13#试样在酚醛树脂的加入量不大于m%的情况下（m<2）,有较高的强度，综合表现最好。比较5#试样和13#试样，可知在酚醛树脂加入量一定（m%）的情况下，葡萄糖的加入量增加到一定值（n%）后，试样的抗折强度不再会随着葡萄糖的加入量增加而增强，反而有降低的趋势。综上所述，干式料低温结合剂酚醛树脂、葡萄糖的最佳分配比例为m/n,复合结合剂合适的加入量为5%,继续小范围内增加复合结合剂的加入量可以增加干式料的低温结合强度,但生产成本升高。

2.3复合结合剂与树脂结合剂的对比将实验所得复合结合剂与树脂进行对比，采用骨料细粉比为70：30的电熔镁砂，加入如表4所示的结合剂，结果如图8所示。图8复合结合剂与树脂结合剂的强度对比由图9可以看出：在加入m%酚醛树脂、n%葡萄糖可以大幅度提高干式料烘烤后的抗折强度；用葡萄糖替代大部分的酚醛树脂后，试样的抗折强度可保留70％以上。而葡萄糖在受热过程中无刺激性气体产生，干式料的环境友好性增强。2.5烘烤温度对复合机合剂的影响将图8所示3#和4#试样烘烤后自然冷却，分别在20°C、200°C、250°C、300°C、350°C、400°C、600C温度下保温0.5h并在热态下测抗折强度，如图9所示。8765432强折抗8765432强折抗0温度/°C 20 200 250 300 350 400 600A：酚醛树脂，B：葡萄糖图9温度对试样抗折强度的影响由图9可以看出，在室温到600C范围内，复合结合剂的抗折强度和树脂的变化趋势是相似的，并没有在某个温度范围内发生突变，用该复合结合剂替代树脂是安全有效的。3结论用作中间包干式料低温结合剂的酚醛树脂粉、多羟基醛、松香和蔗糖四种有机物中，蔗糖受热流失、粘模最严重，多羟基醛与酚醛树脂粉混合使用强度最高。当酚醛树脂加入量一定时，试样的抗折强度先是随着多羟基醛的加入量增加而增强，当其加入量超过树脂的加入量的一定倍数(n/m)时，试样的抗折强度有随着葡萄糖的加入量增加而降低的趋势。葡萄糖替代大部分酚醛树脂粉用作中间包干式料低温结合剂，可以降低成本，且烘烤过程中刺激性气体减少，环境友好性增强，干式料烘烤后脱模强度高，该复合结合剂合适的加入量为5％。参考文献曹慧，译