幾種低溫結(jié)合劑對中間包鎂質(zhì)干式料性能的影響

中間包鎂質(zhì)干式料用低溫結(jié)合劑的研究摘要針對中間包鎂質(zhì)干式工作襯用低溫結(jié)合劑，選取葡萄糖、松香、蔗糖與酚醛樹脂復(fù)合使用進(jìn)行優(yōu)選，發(fā)現(xiàn)葡萄糖與酚醛樹脂復(fù)合使用效果較好。用葡萄糖取代大部分酚醛樹使用，干式料的性能仍能滿足使用需要，而其生產(chǎn)成本得到有效降低，環(huán)境友好性也得到提高。關(guān)鍵詞中間包，干式料，低溫結(jié)合劑，多羥基醛，酚醛樹脂隨著中間包水口快速更換技術(shù)的推廣應(yīng)用，中間包使用壽命不斷提高，這對中間包工作襯用耐火材料提出了更高的要求，而采用鎂質(zhì)干式料能較大幅度提高中間包的使用壽命。干式料為無水施工，其特殊的低溫結(jié)合劑是影響干式料使用性能的關(guān)鍵因素之一。熱塑性酚醛樹脂粉具有優(yōu)異的使用性能［1-2］，已成為干式振動料低溫結(jié)合劑的主流材料。但是，酚醛樹脂粉的價格十分昂貴，且烘烤過程中產(chǎn)生少量刺激性氣體。尋找合適的替代品，已成為各生產(chǎn)廠家降本增效的迫切需要。為此，本工作針對中間包鎂質(zhì)干式工作襯，另選了葡萄糖、松香、蔗糖3種有機(jī)物與酚醛樹脂復(fù)合使用，其強(qiáng)度仍能滿足現(xiàn)場施工和使用的需要。1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)用主要原料為普通燒結(jié)鎂砂，粒度分別為3?1mm、1?Omm和三0.088mm,化學(xué)成分見表1。表1主要原料的化學(xué)組成名稱化學(xué)組成(wt%)體積密度MgOSiO2Al2O3CaO（g/cm3）普通燒結(jié)鎂砂91.43.71.12.13.15將葡萄糖、松香、蔗糖與酚醛樹脂四種有機(jī)結(jié)合劑按一定比例混合，加入耐火集料進(jìn)行干混。該耐火集料由粒度分別為3?1mm、1?0mm和三0.088mm的普通燒結(jié)鎂砂組成，為突出結(jié)合劑的作用，方便進(jìn)行比較，其含量分別為45%、45%、10%。將混合均勻的干式料，裝入40mmx40mmx160mm的標(biāo)準(zhǔn)模具，分兩次加料、震動成型，總震動時間10?15s,190°Cxlh烘烤，自然冷卻、脫模，測抗折強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)方案如表2所示。表2復(fù)合結(jié)合劑的配比試樣編號結(jié)合劑組成百分含量(wt%)酚醛樹脂葡萄糖松香試樣編號結(jié)合劑組成百分含量(wt%)酚醛樹脂葡萄糖松香蔗糖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根據(jù)實(shí)驗(yàn)前期結(jié)果，干式料低溫結(jié)合劑用葡萄糖和酚醛樹脂復(fù)合使用。實(shí)驗(yàn)后期，為確定葡萄糖和酚醛樹脂的最佳分配比例，制定了如表3和表4所示的兩組平行試驗(yàn)，其所用鎂砂級配及其比例、制樣方法均與上述相同。表3酚醛樹脂與葡萄糖的加入量a試樣編號12345678酚醛樹脂的加入量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酚醛樹脂與葡萄糖的加入量b試樣編號910111213141516酚醛樹脂的加入量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，將實(shí)驗(yàn)所得復(fù)合結(jié)合劑與酚醛樹脂進(jìn)行對比。此實(shí)驗(yàn)過程盡可能模擬使用現(xiàn)場的工藝條件，采用的耐火集料由粒度分別為3?1mm、1?Omm和＜0.088mm的普通燒結(jié)鎂砂組成，其含量分別為30%、40%、30%。按上述同樣的方法制樣，測抗折強(qiáng)度，如表5所示。表5復(fù)合結(jié)合劑與酚醛樹脂的對比實(shí)驗(yàn)試樣編號結(jié)合劑加入量/%12試樣編號結(jié)合劑加入量/%1234酚醛樹脂

m葡萄糖O2結(jié)果與分析2.1復(fù)合結(jié)合劑的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)表明，當(dāng)酚醛樹脂的加入量?%時，干式料容易粘模具，脫模困難。在加入少量酚醛樹脂的情況下，引起粘模現(xiàn)象的主要是蔗糖，其嚴(yán)重程度遞減順序?yàn)椋赫崽恰灯咸烟牵舅上?。這是由于蔗糖加熱后熔化后容易流失，聚集在模具壁面，使得干式料與模具的結(jié)合強(qiáng)度比干式料內(nèi)部的強(qiáng)度高，脫模過程中試樣容易破裂，故編號1#?6#的試樣無法測量抗折強(qiáng)度。編號7#?9#、10#?12#、13#?15#試樣的抗折強(qiáng)度分別如圖1、如圖2、如圖3所示。A含量為A含量為1.5%/MP抗折強(qiáng)度編號7 8 9A：酚醛樹脂，B：葡萄糖，C：松香，D：蔗糖圖17#?9#試樣結(jié)合劑的加入量對抗折強(qiáng)度的影響編號10 11 12A：酚醛樹脂，B：葡萄糖，C：松香，D：蔗糖圖210#?12#試樣結(jié)合劑的加入量對抗折強(qiáng)度的影響A含量為2.5%BCD-H-抗折強(qiáng)度 BCD-H-抗折強(qiáng)度 一號52515O鄉(xiāng)Z。%量含劑合結(jié)A：酚醛樹脂，B：匍萄糖，C：松香，D：蔗糖圖3 13#?15#試樣結(jié)合劑的加入量對抗折強(qiáng)度的影響由圖1、圖2和圖3可以看出，當(dāng)酚醛樹脂加入量一定時，試樣的抗折強(qiáng)度隨著葡萄糖的加入量增加而升高。由此，根據(jù)圖1、圖2和圖3所示結(jié)果，我們可以推斷：本試驗(yàn)所用的酚醛樹脂（酚醛清漆）若在不添加固化劑的情況下，由于其分子中不存在未反應(yīng)的羥甲基，因而是熱塑性的，需要加入固化劑并加熱才能使其固化，而葡萄糖裂解的中間產(chǎn)物3］存在未反應(yīng)的羥甲基（如圖4所示），該羥甲基具有很高的活性，可以與樹脂苯環(huán)上的氫原子形成次甲基橋而縮聚（如圖5所示），這個過程與甲階酚醛樹脂的初期形成過程4］（如圖6所示）類似。故選用酚醛樹脂和葡萄糖復(fù)合使用有利于提高干式料的烘后強(qiáng)度。othercosnpuijentsOH0葡萄糖的裂解機(jī)理othercosnpuijentsOH0葡萄糖的裂解機(jī)理圖5羥甲基的橋接作用圖6甲階酚醛樹脂的初期形成過程中羥甲基的橋接作用2.2復(fù)合結(jié)合劑中酚醛樹脂、葡萄糖的加入量對試樣抗折強(qiáng)度的影響根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選用酚醛樹脂與葡萄糖為干式料用低溫復(fù)合結(jié)合劑，為確定酚醛樹脂、葡萄糖的最佳分配比例，制定如表3、表4所示兩個平行實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。1.6111,4n1,2n1nO.Sn0.6n0.4n0.2n□A：酚醛樹脂，B：葡萄糖圖71苕?16#試樣復(fù)合結(jié)合劑的加入量對試樣抗折強(qiáng)度如圖7所示，1#?8#和9#?16#試樣中，酚醛樹脂的加入量均由0.4m%線性遞增到1.4m%，葡萄糖的加入量呈折線狀上下波動。在1#?8#試樣中，由1#、3#、5#以及2#、4#、6#、8#兩組試樣的抗折強(qiáng)度可以看出，酚醛樹脂、葡萄糖的加入量同時增加時,試樣的抗折強(qiáng)度逐漸增大；由5#、6#、7#試樣的結(jié)果顯示，試樣的抗折強(qiáng)度隨著葡萄糖的減少而降低。9#?16#試樣表明相似的規(guī)律。5#試樣和13#試樣在酚醛樹脂的加入量不大于m%的情況下（m<2）,有較高的強(qiáng)度，綜合表現(xiàn)最好。比較5#試樣和13#試樣，可知在酚醛樹脂加入量一定（m%）的情況下，葡萄糖的加入量增加到一定值（n%）后，試樣的抗折強(qiáng)度不再會隨著葡萄糖的加入量增加而增強(qiáng)，反而有降低的趨勢。綜上所述，干式料低溫結(jié)合劑酚醛樹脂、葡萄糖的最佳分配比例為m/n,復(fù)合結(jié)合劑合適的加入量為5%,繼續(xù)小范圍內(nèi)增加復(fù)合結(jié)合劑的加入量可以增加干式料的低溫結(jié)合強(qiáng)度,但生產(chǎn)成本升高。

2.3復(fù)合結(jié)合劑與樹脂結(jié)合劑的對比將實(shí)驗(yàn)所得復(fù)合結(jié)合劑與樹脂進(jìn)行對比，采用骨料細(xì)粉比為70：30的電熔鎂砂，加入如表4所示的結(jié)合劑，結(jié)果如圖8所示。圖8復(fù)合結(jié)合劑與樹脂結(jié)合劑的強(qiáng)度對比由圖9可以看出：在加入m%酚醛樹脂、n%葡萄糖可以大幅度提高干式料烘烤后的抗折強(qiáng)度；用葡萄糖替代大部分的酚醛樹脂后，試樣的抗折強(qiáng)度可保留70％以上。而葡萄糖在受熱過程中無刺激性氣體產(chǎn)生，干式料的環(huán)境友好性增強(qiáng)。2.5烘烤溫度對復(fù)合機(jī)合劑的影響將圖8所示3#和4#試樣烘烤后自然冷卻，分別在20°C、200°C、250°C、300°C、350°C、400°C、600C溫度下保溫0.5h并在熱態(tài)下測抗折強(qiáng)度，如圖9所示。8765432強(qiáng)折抗8765432強(qiáng)折抗0溫度/°C 20 200 250 300 350 400 600A：酚醛樹脂，B：葡萄糖圖9溫度對試樣抗折強(qiáng)度的影響由圖9可以看出，在室溫到600C范圍內(nèi)，復(fù)合結(jié)合劑的抗折強(qiáng)度和樹脂的變化趨勢是相似的，并沒有在某個溫度范圍內(nèi)發(fā)生突變，用該復(fù)合結(jié)合劑替代樹脂是安全有效的。3結(jié)論用作中間包干式料低溫結(jié)合劑的酚醛樹脂粉、多羥基醛、松香和蔗糖四種有機(jī)物中，蔗糖受熱流失、粘模最嚴(yán)重，多羥基醛與酚醛樹脂粉混合使用強(qiáng)度最高。當(dāng)酚醛樹脂加入量一定時，試樣的抗折強(qiáng)度先是隨著多羥基醛的加入量增加而增強(qiáng)，當(dāng)其加入量超過樹脂的加入量的一定倍數(shù)(n/m)時，試樣的抗折強(qiáng)度有隨著葡萄糖的加入量增加而降低的趨勢。葡萄糖替代大部分酚醛樹脂粉用作中間包干式料低溫結(jié)合劑，可以降低成本，且烘烤過程中刺激性氣體減少，環(huán)境友好性增強(qiáng)，干式料烘烤后脫模強(qiáng)度高，該復(fù)合結(jié)合劑合適的加入量為5％。參考文獻(xiàn)曹慧，譯