ОГНЕУПОРНАЯ ПЛАСТИЧНАЯ МАССА
FIREPROOF PLASTIC MASS

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных пластичных масс, предназначенных для уплотнения зазора между футеровкой сталеразливочного ковша и обортовкой кожуха ковша, уплотнений в стыках огнеупорной кладки тепловых агрегатов, ремонта и восстановления разрушенных участков огнеупорной кладки.
Известны огнеупорные пластичные массы, содержащие алюмосиликатный заполнитель, огнеупорную глину и пластификатор ( см, например, изобретения по патенту RU 2235081 C04B 35/16, C04B 35/66, 2007 [1], а.с. СССР №532589, C04B 35/10, 1976 г. [2]; №414235, C04B 35/68, 1974 г.) [3].
Наиболее близкой к патентуемой по сущности технического решения и достигаемому эффекту является огнеупорная пластичная масса по патенту RU 2235081 C04B 35/16, C04B 35/66, 2007 [1].
Она содержит, мас.%: 10,0-15,0 огнеупорную глину; 0,3-0,7 ПАВ (сульфонат); 0,2-0,5 карбоксиметилцеллюлозу, 1,0-3,0 пластификатор, алюмосиликатный заполнитель - остальное.
Положительными свойствами огнеупорной пластичной массы по прототипу являются оптимальная пластичность и высокая прочность.
Недостатками известной массы являются повышенная пористость, значительная усадка при эксплуатации и нестабильность свойств при хранении и транспортировании в условиях низких температур.
Задачей настоящего изобретения является создание огнеупорной пластичной массы, обладающей низкой пористостью, малой усадкой и устойчивостью к воздействию низких температур, при сохранении положительных свойств прототипа.
Технический результат состоит в снижении пористости, уменьшении усадки в службе, а также обеспечении возможности хранения и транспортирования огнеупорной пластичной массы в условиях низких температур.
Для достижения этого согласно формуле изобретения, огнеупорная пластичная масса дополнительно содержит смесь термореактивной и термопластичной фенольных смол и этиленгликоля в соотношении, мас.%: 49-53 - фенольную смолу термореактивную, 30-33 фенольную смолу термопластичную, 17-21 - этиленгликоль, а алюмосиликатный заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 43-48 фр. 0-3,0 мм, 52-57 фр. менее 0,1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 8,0-10,0 указанная смесь фенольных смол и этиленгликоля, 0,7-1,5 ПАВ, 2,0-4,0 пластификатор, 8,0-10,0 огнеупорная глина, указанный алюмосиликатный заполнитель - остальное.
Сущность изобретения состоит в том, что введенные в состав огнеупорной пластичной массы фенольные смолы, имеющие высокий коксовый остаток и обладающие значительной степенью полимеризации, при коксовании образуют углеродистую матрицу (коксовый каркас), связывающую частицы остальных компонентов массы. Сочетание термореактивной и термопластичной фенольных смол в указанном соотношении, где термореактивный компонент выполняет функцию отвердителя для термопластичной фенольной смолы, формирует более плотную структуру коксового каркаса и в комплексе с использованием рационального с точки зрения наилучшей упаковки частиц фракционного состава алюмосиликатного заполнителя позволяет получить огнеупор, имеющий низкопористую структуру, за счет максимально плотной упаковки зерен заполнителя и оптимального распределения связующей углеродистой матрицы в межзеренном пространстве, при обеспечении необходимой механической прочности. Заявленные пределы вышеуказанных компонентов подобраны экспериментальным путем.
Фенольные смолы, характеризующиеся хорошими реологическими свойствами и адгезией к частицам заполнителя, при смешении массы обволакивают зерна заполнителя, проникая в поры, микропустоты и по плоскостям спайности заполнителя, за счет чего обеспечивается высокая степень однородности массы и снижение открытой пористости.
Кроме того, продукты реакции полимеризации фенольных смол адсорбируются на поверхности частиц заполнителя, образуя эластичную прослойку и снижая тем самым поверхностное натяжение на границе раздела фаз, что придает массе требуемую пластичность.
Введение в состав массы фенольных смол в указанных количествах позволяет уменьшить потребляемое при приготовлении массы количество воды и тем самым значительно снизить степень усадки массы при высокотемпературном воздействии.
Добавление этиленгликоля в заявленных пределах позволяет сохранять свойства огнеупорной пластичной массы при транспортировке и хранении ее в условиях низких температур.
Кроме того, этиленгликоль является растворителем термореактивной фенольной смолы, а также способствует образованию однородной структуры при перемешивании компонентов массы.
При введении вышеуказанной смеси термореактивной и термопластичной фенольных смол и этиленгликоля менее 8,0 мас.% происходит снижение механической прочности и пластичности массы, не обеспечивается ее необходимая связность.
Введение вышеуказанной смеси термореактивной и термопластичной фенольных смол и этиленгликоля более 10,0 мас.% способствует чрезмерной пластичности массы, затрудняющей ее брикетирование и эксплуатацию.
При изменении указанного фракционного состава алюмосиликатного заполнителя нарушается оптимальный зерновой состав огнеупорной пластичной массы, что ведет к увеличению пористости массы и снижению ее служебных характеристик.
В качестве заполнителя в предлагаемой массе могут быть использованы алюмосиликатные обожженные заполнители, например боксит, корунд и т.д., имеющие различную пористость, что является дополнительным преимуществом патентуемой массы благодаря высокой проникающей способности и хорошим адгезионным свойствам к частицам заполнителя фенольных смол, входящих в ее состав.
Примеры составов огнеупорной пластичной массы указаны в таблице 1.
Применяемые материалы: фенольная термореактивная смола марки СФН-1 (ТУ 2221-354-00203447-98), фенольная термопластичная смола марки БЖ-1 (ГОСТ 4559-78), огнеупорная глина марки НУ-2 (ТУ 14-8-336-80), ПАВ - сульфонат-порошок (ТУ 2481-237-05763458-98), пластификатор - масло ПН-6ш (ТУ 38.1011217-89), алюмосиликатный заполнитель - обожженный боксит фракции 0-3,0 мм.
Для получения огнеупорной пластичной массы использовали указанные компоненты в количествах, приведенных в формуле изобретения. Алюмосиликатный заполнитель и огнеупорную глину дозируют и загружают в смеситель, смешивают в сухом состоянии, далее при перемешивании вводят ПАВ. После смешения сырьевых материалов в течение нескольких минут в смеситель подают водяной пар в количестве 1-2 мас.%, затем вводят предварительно подготовленное органическое связующее, включающее смесь фенольных смол, этиленгликоля и пластификатора, с последующим перемешиванием всех компонентов. Готовую огнеупорную пластичную массу выгружают из смесителя и с помощью вакуум-пресса брикетируют, после чего упаковывают в полиэтиленовую пленку.
Водяной пар активирует действие поверхностно-активного вещества, способствующего равномерному распределению органического связующего относительно частиц заполнителя, обеспечивая связность и пластичность массы.
Свойства огнеупорной пластичной массы приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы, заявленная масса по сравнению с прототипом имеет более низкую пористость, меньшую усадку при сохранении требуемых показателей механической прочности и пластичности.
Определение показателей свойств огнеупорной пластичной массы проводили:
открытую пористость по ГОСТ 2409-95;
предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94;
остаточные изменения размеров при нагреве по ГОСТ 5402.1-2000.
Коэффициент пластичности определяли по методике МВИ 202-39-01, основанной на измерении изменения высоты образца после приложения нагрузки при 25°C.
Таким образом, создана устойчивая к воздействию низких температур огнеупорная пластичная масса, обладающая малой усадкой, необходимой механической прочностью и достаточной пластичностью, имеющая низкую открытую пористость, что способствует повышению шлакоустойчивости и увеличению эксплуатационной стойкости массы.
Источники информации:
1. Патент RU 2235081 C04B 35/16, C04B 35/66, 2007 г. [1];
2. А.с. СССР №532589, C04B 35/10, 1976 г. [2];
3. А.с. СССР №414235, C04B 35/68, 1974 г. [3].
Таблица 1
Составы огнеупорной пластичной массы
Компоненты массы
Заявляемый состав
Известный состав
Содержание, мас.%
1
2
3
4
Смесь фенольных смол и этиленгликоля (мас.%: 51 фенольная смола термореактивная, 31 фенольная смола термопластичная, 18 этиленгликоль)
8,0
9,0
10,0
-
Огнеупорная глина НУ-2
8,0
9,0
10,0
10,0
ПАВ (сульфонат)
1,0
1,0
1,0
0,3
Пластификатор (масло ПН-6ш)
4,0
3,0
2,0
3,0
Алюмосиликатный заполнитель: обожженный боксит фр.0-3,0 мм
79,0
78,0
77,0.
86,2
Карбоксиметилцеллюлоза
-
-
-
0,5
Таблица 2
Свойства огнеупорной пластичной массы
Показатели
Заявляемый состав
Известный состав
1
2
3
4
Открытая пористость, %
16,1
13,8
15,5
20,0
Предел прочности при сжатии (после термообработки образцов при 1000°C), МПа
21,0
23,7
22,0
21,5
Остаточные изменения размеров при нагреве (усадка), %
0,18
0,15
0,16
0,26
Коэффициент пластичности, %
30,0
25,6
23,1
20,0