СОСТАВ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛАСТИЧНЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2001 года по МПК C04B35/35 C04B35/103 C04B35/58 C04B35/56 C04B35/532 C04B35/66 

Изобретение относится к технологии огнеупорных эластичных материалов и предназначено для удовлетворения исключительно большой потребности в уплотнительных, разделительных, герметизирующих изделиях производств выплавляющих металл, разливающих его в непрерывные заготовки, отливающих слитки, фасон.

Применяемые в настоящее время мертели, глино-шамотные растворы, картонные, толевые, волоконные синтетические и природный асбест и др. не удовлетворяют многочисленных потребителей по стабильности свойств, технологичности, надежности, срокам эксплуатации, санитарно-гигиеническим показателям.

Предлагаемые состав и способ по своим техническим и экономическим показателям полностью решают проблемы уплотнения разъемов, стыков металлоразливочного оборудования и металлопроводов, сопряжения огнеупорных изделий и элементов в системах непрерывной разливки стали, отливки слитков под давлением, образования плотных металло- и шлакоустойчивых швов футеровок плавильных печей, установок вакуумирования стали, создания разгруженных от термических напряжений кладок футеровки, сваривания и разделения огнеупорных элементов и др.

Использование асбеста и волокнистых материалов в виде шнуров, вырезанных профильных прокладок имеет недостатки: из-за низких пластических свойств для заполнения шва необходимо использовать шнуры, прокладки большого сечения, отсутствует монолитность в уплотняемом шве, что потенциально опасно для местного протекания металла через уплотнение, удаление отработанных прокладок с уплотняемых поверхностей вызывает пыление и опасное для человека загрязнение атмосферы производственной среды. Картонные и толевые материалы выгорают, не участвуют в сопряжении рабочих поверхностей образующих шов, но выполняют роль термокомпенсационного материала.

Известные для аналогичного назначения материалы и изделия на основе двухкомпонентных смесей каучука и огнеупорного наполнителя характеризуются большой жесткостью и недостаточной гибкостью, что ограничивает их конструктивные возможности. Из-за низкой текучести материала не удается получать качественные изделия сложного профиля и формы. Затруднено, а в случаях малых сечений изделий не могут быть реализованы эффективные формы длинномерных изделий в виде шнуров, лент различного профиля, в т.ч. армированные.

В известных случаях эластичные огнеупорные материалы изготовляют методом открытого смешения на вальцах, что характеризуется длительным циклом получения изделия нужного калибра, включающего смешение ингредиентов, пластификации, сбора в компактный материал, листование и калибровку. Получение смеси каучука и огнеупорного наполнителя осложняются налипанием материала на рабочие элементы оборудования в условиях повышенных распорных и сдвигающих усилий и разогрева.

Использование закрытого резиносмесителя требует организации двух-, трехстадийной операций смешения, однако и в этом случае не удается избежать перегрева массы и добиться получения однородной сыпучей не разделяющейся на части смеси, что сопровождается ухудшением формовочных свойств, для получения эластичного огнеупорного материала с приемлемым уровнем свойств требуются повышенные распорные усилия.

Известен состав материала (А.С. N 697465 кл. C 04 B 35/00, 1978), представленный смесью нитрильного и хлоропренового каучуков и огнеупорного наполнителя, который обладает высокими упругими свойствами, и недостаточными пластическими свойствами. Приготовление смеси удовлетворительного качества и листового материала возможны только на валковом оборудовании с повышенным распорным усилием.

Известен состав и материал с повышенными деформационными свойствами (А. С. N 812783, кл. C 04 B 35/00, C 04 B 35/06, 1980), способствующий увеличению прочности сваривания огнеупорных элементов, который получают предварительным смешением каучуков хлоропренового, бутилкаучука и нитрильного каучуков, затем на вальцах перемешивают полученную композицию каучуков с огнеупорным наполнителем при максимальном охлаждении валков водой из-за сильного разогрева массы. В результате получают заготовку листа, которую калибруют до заданной толщины на вальцах и каландрах.

Наиболее близким по составу является шихта для изготовления эластичного огнеупорного материала (А. С. N 730659, C 04 B 35/00, C 04 B 35/04, C 04 B 33/22, 1980). Изделия получают из шихты содержащей 50-90 мас.% огнеупорного наполнителя, 6-20 мас.% каучука, 4-30 мас.% асфальтена. Трудности производства изделий связаны с длительностью смешения и образования качественной массы, собирания ее в лист, разогревания, повышенного газовыделения, высокая адгезия смеси и материала приводят к налипанию на рабочие органы смесительного и формовочного оборудования.

Известен эластичный огнеупорный материал (А. С. N 503834, кл. C 04 B 35/04, 1975), который получают путем смешения огнеупорного наполнителя с каучуком в резиносмесителе и/или смесительных вальцах, листования и формования изделий при температуре до 140^oC. Однако ингредиентный состав и использованный способ не обеспечивают однородного распределения ингредиентов, масса после резиносмесителя пылит, разделяется на составные части, что затрудняет и увеличивает время переработки ее на смесительных вальцах, и требует значительных затрат времени на собирание ее в компактный пластифицированный материал и формования его на горячих прессах. Формообразование связано с необходимостью преодоления значительных распорных сил на валковом оборудовании, высокого давления при экструдировании, повышенных температур, что вызывает повышенный износ оснастки оборудования. Получаемый материал обладает высокими упругими свойствами.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения эластичных безобжиговых огнеупорных изделий (А.С. N 817017, C 05 B 35/00, 1980), включающий подготовку смеси и массы путем смешения на вальцах и/или резиносмесителе в присутствии жидкого олигомера и формования изделий при температуре 30-90^oC. Введение жидкого олигомера в смесь с каучуком обуславливает снижение вязкости смеси и сдвиговых давлений, облегчает условия смешения эластичной составляющей с огнеупорным наполнителем.

Недостатки этого способа - из-за высоких адгезионных свойств жидкого олигомера не удается устранить налипание образующейся массы на рабочие органы смесительного, транспортирующего и формовочного оборудования, полученная масса не обладает стабильностью и постоянством свойств. Свежеприготовленная она комкуется при транспортировке и хранении, слеживается и затвердевает из-за развивающихся процессов сшивания олигомера и полимеризации при взаимодействии огнеупорных оксидов с каучуком. Изделия приобретают эластичные и упругие свойства. Со временем происходит быстрое старение материала изделий, сопровождающееся ухудшением функциональных свойств из-за затвердевания, уменьшения деформационных свойств, пластичности, потери адгезии к соединяемым поверхностям. Усиление жесткости и ослабление пластических свойств создают трудности при укладке например, шнурового материала на плоскость соединяемых элементов с повторением сложного рисунка периметра и его сохранения из-за действия упругих сил и слабой адгезии. С другой стороны потеря упругих и пластических свойств материалом в изделии создает трудноразрешимые проблемы с выбором величины давления обжатия прокладочного материала, получением заданной толщины шва, плотности соединения для образования надежного уплотнения соединяемых элементов.

Пластификатор добавляемый в количествах 1,0-10,0 мас.% обеспечивает размягчение эластомера, облегчает распределение его вокруг зерен огнеупорного наполнителя в виде тонких оболочек. С увеличением содержания пластификатора снижаются упругие свойства и возрастают пластические свойства. Пластификатором могут выступать индустриальное масло, вазелин, синтетические жирные кислоты, их смеси и т.п.

Углеродсодержащий материал вводимый в количестве 1,5-15,0 мас.% улучшает реологические свойства, облегчает течение материала при смешении ингредиентов. С повышением содержания углеродсодержащего материала уменьшаются упругие свойства и газовыделение, увеличивается количество остаточного углерода, улучшаются эксплуатационные характеристики. Углеродсодержащий материал может быть представлен битумом, техническим углеродом, порошковой синтетической смолой, их смесями и т.п.

Антиадгезив в количестве 0,1-4,0 мас.% устраняет налипание на рабочие поверхности оборудования, уменьшает усилия истечения материала, улучшает качество поверхности изделий. Антиадгезив может быть представлен углеводородами парафинового ряда, графитной смазкой, кремнеорганическими соединениями.

Эластомер вводимый в количестве 4,0-18,0 мас.% ответственен за эластические и упругие свойства, которые возрастают с увеличением содержания эластомера. Эластомер может быть представлен нитрильным, хлоропреновым, дивинил-стирольным, изопреновым, бутадиеновым, бутиловым каучуком и др., в т.ч. их смесями.

Огнеупорный наполнитель в количестве 53,0-93,0 мас.% определяет температуру применения, прочностные и технологические характеристики. Огнеупорный наполнитель может быть представлен периклазом, корундом, периклазошпинелидом, шамотом, нитридом алюминия, нитридом кремния металлическим Al, Si, графитом и их смесями.

Многочисленные успешные промышленные испытания подтвердили эффективность эластичного огнеупорного материала.

Предлагаемое техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленно применимо, позволяет получать изделия с показателями физико-технических и технологических свойств превосходящими прототип.

Ниже приводятся примеры реализации состава и способа получения эластичного огнеупорного материала.

Пример 1
Взятые в количестве 4,0 мас.% полиизобутилен марки П200, индустриальное масло марки И-8А 1,0 мас.%, среднетемпературный бутил 1,5 мас.%, плавленый корунд с размером зерен мельче 30 мкм 93,0 мас.%, и воск марки ЗВ-1 0,5 мас. % подают в плужной смеситель с режуще-диспергирующим устройством, в котором при температуре 70-90^oC огнеупорный наполнитель закатывают в течение 11 мин до образования сыпучей однородной смеси и высоконаполненной органоминеральной массы неразделяющейся на исходные части, пластифицируют в смесительных вальцах в компактный гомогенный материал в течение 3 мин при температуре валков 40-60^oC, который срезают в виде сплошной ленты и питают вальцы, прокатку для придания материалу формы листа калибром 0,5-6,0 мм ведут многократным пропусканием через вальцы при температуре 40-60^oC. Свойства огнеупорных эластичных изделий приведены в таблице.

Пример 2
Взятые в количестве 7,0 мас.% полибутилен марки П200, технический вазелин 1,0 мас.%, битум среднетемпературный 1,5 мас.%, плавленый корунд с размером зерен мельче 30 мкм 87,0 мас.% порошок металлического алюминия марки АСД 3 мас.% и воск марки ЗВ-1 0,5 мас.% подают в плужной смеситель с режуще-диспергирующим устройством, в котором при температуре 70-90^oC огнеупорный наполнитель закатывают в течение 10 мин до образования сыпучей однородной смеси и высоконаполненной органоминеральной массы неразделяющейся на исходные части, пластифицируют в смесительных вальцах в компактный гомогенный материал в течение 3 мин при температуре валков 40-60^oC, который срезают в виде сплошной ленты и питают вальцы, прокатку для придания материалу формы листа калибром 0,5-6,0 мм ведут многократным пропусканием через валки при температуре 40-60^oC. Свойства огнеупорных эластичных изделий приведены в таблице.

Пример 3
Взятые в количестве 7,0 мас.% полиизобутилен марки П200, индустриальное масло марки И-8А 6,0 мас.%, битум среднетемпературный 10,0 мас.%, плавленый корунд с размером зерен мельче 30 мкм 76,0 мас.%, графитной смазки 1,0 мас.% подают в плужной смеситель с режуще-диспергирующим устройством, в котором при температуре 60-70^oC огнеупорный наполнитель закатывают в течение 9 мин до образования сыпучей однородной смеси и высоконаполненной органоминеральной массы неразделяющейся на исходные части, пластифицируют в смесительных вальцах в компактный гомогенный материал в течение 3 мин при температуре валков 30-50^oC, который срезают в виде сплошной ленты готовят крошку, придание материалу форму изделий ведут на гидравлическом прессе при температуре 60-100^oC с охлаждением в форме. Свойства эластичных огнеупорных изделий приведены в таблице.

Пример 4
Взятые в количестве 15,0 мас.% полиизобутилен марки П200, технический вазелин 10,0 мас.%, технический углерод 15,0 мас.%, плавленый корунд с размером зерен мельче 30 мкм 30,0 мас.%, графит тигельный марки ГТ-1 26,0 мас. %, и графитовая смазка 4,0 мас.% подают в плужной смеситель с режуще-диспергирующим устройством, в котором при температуре 40-60^oC огнеупорный наполнитель закатывают в течение 9 мин до образования сыпучей однородной смеси и высоконаполненной органоминеральной массы неразделяющейся на исходные части, пластифицируют в смесительных вальцах в компактный гомогенный материал в течение 3 мин при температуре валков 30-50^oC, который срезают в виде сплошной ленты и питают червячную шприц-машину для придания материалу формы бесконечного шнура диаметром 1,0-24,0 мм при температуре цилиндра 70-80^oC, температуре головки 70-90^oC. Свойства огнеупорных эластичных изделий приведены в таблице.

Пример 5
Взятые в количестве 8,3 мас. % полиизобутилен марки П200, 2,1 мас.%, стиролнитрильный марки СКН-3, индустриальное масло марки И-8А 1,0 мас%, среднетемпературный битум 4,7 мас.%, плавленый периклаз мельче 60 мкм, 76,6 мас. %, тигельный графит марки ГТ-1 2,6 мас.% и 0,5 мас.% графитовой смазки подают в плужной смеситель с режуще-диспергирующим устройством, в котором при температуре 60-80^oC огнеупорный наполнитель закатывают в течение 12 мин до образования сыпучей однородной смеси и высоконаполненной органоминеральной массы неразделяющейся на исходные части, пластифицируют в смесительных вальцах в компактный гомогенный материал в течение 4 мин при температуре валков 50-70^oC, который срезают в виде сплошной ленты и питают вальцы, прокатку для придания материалу формы листа калибром 0,5-6,0 мм ведут многократным пропусканием через валки при температуре 50-60^oC. Свойства огнеупорных эластичных изделий приведены в таблице.

Пример 6.

Взятые в количестве 18,0 мас.% полиизобутилен марки П200, индустриальное масло марки И-8А 10,0 мас.% среднетемпературный битум 7,5 мас.%, смола фенолформальдегидная марки СФП 7,5 мас.%, высокоглиноземистый шамот мельче 60 мкм 53 мас.% и воск марки ЗВ-1 4,0 мас.% подают в плужной смеситель с режуще-диспергирующим устройством, в котором при температуре 30-40^oC огнеупорный наполнитель закатывают в течение 9 мин до образования сыпучей однородной смеси и высоконаполненной органоминеральной массы неразделяющейся на исходные части, пластифицируют в смесительных вальцах в компактный гомогенный материал в течение 3 мин при температуре валков 30-50^oC, который срезают в виде сплошной ленты и питают червячную шприц-машину для придания материалу формы бесконечного шнура диаметром 1,0-24,0 мм при температуре цилиндра 50-70^oC, температуре головки 60-80^oC. Свойства огнеупорных эластичных изделий приведены в таблице.

Пример 7
Взятые в количестве 4,5 мас.% нитрильный каучук, 4,5 мас.% хлоропреновый каучук, индустриальное масло марки И-8А, 5,0 мас.%, технический углерод 1,5 мас. %, плавленый корунд 84,0 мас.% и воск марки ЗВ-1 0,5 мас.% подают в плужной смеситель с режуще-диспергирующим устройством, в котором при температуре 70-90^oC огнеупорный наполнитель закатывают в течение 11 мин до образования сыпучей однородной смеси и высоконаполненной органоминеральной массы неразделяющейся на исходные части, пластифицируют в смесительных вальцах в компактный гомогенный материал в течение 3 мин при температуре валков 60-80^oC, который срезают в виде сплошной ленты и питают червячную шприц-машину для придания материалу формы бесконечного шнура диаметром 4,0-6,0 мм при температуре цилиндра 70-80^oC, температуре головки 70-90^oC. Свойства огнеупорных эластичных изделий приведены в таблице.

Изобретение относится к технологии огнеупорных эластичных материалов, предназначенных для использования в уплотнительных, разделительных, герметизирующих изделиях производств, выплавляющих металл, разливающих его в непрерывные заготовки, отливающих слитки, фасон. Безводный эластомер с мол.м. 100 - 300 тыс. в количестве 4 - 8,0 мас.% совмещают с углеродсодержащим материалом представленным битумом и/или техническим углеродом в количестве 1,5 - 15,0 мас.%, пластификатором в виде индустриального масла, вазелина, синтетических жирных кислот в количестве 1,0 - 10,0 мас.%, антиадгезивом в виде парафиновых углеводородов, графитовой смазки, кремнеорганических соединений в количестве 0,5 - 4,0 мас.% и закатывают огнеупорный наполнитель, представленный оксидными материалами, нитридами, карбидами, графитом или их смесями, в количестве 53,0 - 93,0 мас.%, часть которого, до 5 мас.% может быть заменена металлическим порошком, который при окислении образует огнеупорные соединения, до образования однородной высоконаполненной органоминеральной огнеупорной сыпучей смеси и массы не разделяющейся на части, пластифицируют и собирают ее в компактный гомогенный материал, из которого вырабатывают эластичные огнеупорные изделия в виде листов, лент, шнуров, профилей требуемого сечения, формы и размеров. Техническим результатом заявленного изобретения является разработка состава и способа получения эластичных огнеупорных изделий с улучшенными пластическими свойствами, повышенным содержании остаточного углерода, пониженным газовыделением. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Состав эластичных огнеупорных изделий, включающий огнеупорный наполнитель, эластомер, пластификатор, антиадгезив и углеродсодержащий материал, отличающийся тем, что эластомер представлен безводным эластомером с мол.м. 100 - 300 тыс., углеродсодержащий материал представлен битумом и/или техническим углеродом, пластификатор представлен индустриальным маслом, вазелином, синтетическими жирными кислотами, антиадгезив представлен парафиновыми углеводородами, графитной смазкой, огнеупорный наполнитель представлен оксидными материалами, нитридами, карбидами, графитом или их смесями при следующем содержании ингредиентов: мас.%:
Эластомер - 4,0 - 18,0
Углеродсодержащий материал - 1,5 - 15,0
Пластификатор - 1,0 - 10,0
Антиадгезив - 0,5 - 4,0
Огнеупорный наполнитель - 53,0 - 93,0
2. Состав эластичных огнеупорных изделий по п.1, отличающийся тем, что до 5% огнеупорного наполнителя может быть заменено металлическим порошком, который при окислении образует огнеупорное соединение. 3. Способ получения эластичных огнеупорных изделий по п.1, включающий подготовку массы смешением огнеупорного наполнителя с эластомером и добавками, формование изделий при нагревании, отличающийся тем, что 53,0 - 93,0 мас. % огнеупорного наполнителя, представленного оксидными материалами, нитридами, карбидами, графитом или их смесями закатывают в эластомер, представленный безводным эластомером с мол. м. 100 - 300 тыс., пластификатор, представленный индустриальным маслом, вазелином, синтетическими жирными кислотами, антиадгезив, представленный парафиновыми углеводородами или графитной смазкой, при следующем соотношении указанных ингредиентов, мас.%:
Эластомер - 4,0 - 8,0
Углеродсодержащий материал - 1,5 - 15,0
Пластификатор - 1,0 - 10,0
Антиадгезив - 0,5 - 4,0
до образования однородной высоконаполненной органоминеральной сыпучей массы, которую пластифицируют в компактный гомогенный органоминеральный материал и осуществляют формообразование эластичных огнеупорных изделий. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что смешение ингредиентов с образованием однородной сыпучей неразделяющейся высоконаполненной органоминеральной массы осуществляют в плужном смесителе с режуще-диспергирующим устройством при температуре до 90°С, а пластифицированный компактный гомогенный органоминеральный материал получают на валковом смесителе при 30 - 80°С. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что формообразование листовых эластичных огнеупорных изделий проводят на валковом оборудовании при 40 - 60°С, изделий сложной формы - на гидравлическом прессе при 60 - 100°C с охлаждением в форме, изделий в форме ленты-шнура - на червячной шприц-машине при 50 - 90°С и совмещают с армированием текстильной нитью.