Состав для пропитки огнеупорныхиздЕлий Советский патент 1981 года по МПК C04B41/04 C04B35/52 

(54) СОСТАВ для ПРОПИТКИ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИП

Изобретение относится к огнеупорной промьшшенности и может быть использовано для пропитки различных изделий: магнезитовых, шамонтых, дипассовых и др.

Насыщение огнеупорных изделиП углеродосодержаишми продуктами является одним из эффективных способов повышения стойкости футеровки сталеплавильных агрегатов, а также огнеупорных плит лля бесстопорной разливки стали, и Б последнее время находит все более широкое применение на практике.

Для пропитки огнеупоров требуется углеродосодержащий продукт, обладающий высоким коксовым остатком и в то же время низкой вязкостью, при невысокой те(пературе. Большое значение имеет и санитарно-гигиеническая характеристика пропитывающего состава (низкая токсичность и отсутствие канцерогенности).

Известен состав для пропитки огнеупоров, содержащий каменноугольную смолу .

Однако каменноугольная смола так же, как и бакелитовый лак, обладая высоким выходом летучих, проявляют

высокую токсичность и канцерогенную активность.

Наиболее близким к предлагаемому является состав для пропитки огнеупорных изделий, содержащий пек.Пек, используемый для пропитки, при термической обработке имеет коксовый остаток (до 50%), что позволяет ввести в огнеупорное изделие углерод

O (до 2%) 2.

Однако из-за высокой вязкости пека процесс пропитки приходится проводить при высокой температуре (200250°С). При этом требуется предвари5тельное вакуумирование о.гне порных изделий (остаточное давление 510 мм рт.ст.) и повышенное давление при пропитке (5-7 атм), что значительно усложняет технологию пропит0ки. Равномерность пропитки по всему объему огнеупорного изделия этим способом не обеспечивается. Во вторых, как и каменноугбльная смола, среднетемпературный пек обладает

5 высокой канцерогенностью, что препятствует широкому использованию его в огнеупорной промышленности.

Цель изобретения - упрощение технологии, снижение температуры и вре0мени пропитки.

Поставленная цель достигается за счет того, что состав для пропитки огнеупорных .изделий содержит пек, полученный обработкой паковых дистиллатов серной кислотой и дополнительно воду при следующем соотношении компонентов, вес : Пек 35-50 Вода 50-65

Пек представляет собой твердое .хрупкое вещество черного цвета со следующей характеристикой: Температура размягчения,с65-90 Коксовый остаток,% 50-52 Растворимость

в воде (20°С)Полная

Пек обладает хорошими реологическими свойствами, но в отличие от него растворим в воде. Сырьем для получения пека являются тяжелые пе40

Вязкость определяют по методу истечения раствора через калиброванный капилляр с помощью вискозиметров серии ВПЖ.

Если вязкость обычного каменоугольного пека с температурой размягчения даже при 165°С составляет 13000 П, то, как видно из табл. 1, вязкость предлагаемой для пропитки композиции (пек 40%; вода 0%) при температуре 50С составляет 0,165 П. Аналогичную вязкость обьлчный пек имеет лишь при 250С.

Кроме того, даже при такой вязкости каменноугольный пек, обладая гидрофобными свойствами, п)ри пропитке пористых магнезиальных огнеупоров создает гораздо меньшее капиллярное давление, чем пек, имеющий гидрофильные свойства. Так,в изотермических условиях под действием только капиллярных сил длительность подъемов каменноугольного пека с точкой размягчения 67°С на высоту30 мм магнезитового образца при (поковые дистнллаты (ГОСТ 11120-74), вырабатываемые на коксохимпроиэводстве и серная кислота (техническая по ГОСТ 5.556,70).

Технология получения пека заключается в следующем.

Пековые дистиллаты и серную кисло ту (в пересчете на моногидрат) в весовом соотношении 1:0,7 загружают в стальной реактор и при перемешивании нагревают до 170°С в течение 1,5-2 ч.

По окончании процесса, который определяют по количеству отогнанной реакционной воды, пек в горячем вид выливают в металлические противни, из которых после охлаждения выгружают в тару.

В табл. 1 приведены характеристи ки водных растворов пека.

Таблица

0,1067

0,1641

верхностное натяжение (i 32 мДж/м5, вязкость 1 0,16 П составляет 2,5-3 ч. При пропитке аналогичных образцов водным раствором пека при (точка размягчения 80°С; концентрация 40,

5 вязкость 0,165 п)на высоту 30 мм пек поднимается за 12 мин.

Состав для пропитки огнеупорных изделий приготавливают следующим образом.

0 Пек и воду смешивают в определенном соотношении до образования гомогенной смеси. Нужная для пропитки температура устанавливается и вьщерживается с помощью контактного термометра.

Пропитке подверггиот магнезитовые образцы-размером 60x40x20 мм. Перед пропиткой образцы высушивают при 100-120 С в течение 1 ч. Образцы полностью погружают в пропиточнук смесь и выдерживают определенное и подвешенном состоянии. По окончании выдержки образцы вьщерживают в течение 3 ч при 300-350 С. В табл. 2 приведены результаты

5 пропитки магнезитовых cfrncjynopoB.

Качество пропитки магнезитовых огнеупоров оценивают по трем показателям: равномерность и эффективность пропитки и содержание углерода в обожженном образце. Эффективность пропитки (Е) определяют по формуле

.

100% ,

л

о о открытая пористость огнеупорногО изделия до пропитки , % ; С(У - то же, после пропитки, %; На качество пропитки оказывают влияние реологические свойства пека Из таблицы 2 видно, что пек с точкой размягчения ниже обладает низкой вязкостью, быстро и при низкой температуре пропитывает огнеупор, однако эффективность пропитки в этом случае низкая, поскольку открытая пористость изменяется всего на 1,1% (пример 1). Использование для пропитки пека с точкой размягчения выше 90°С также нежелательно, так как резко повы шается вязкость пропиточной компози ции, что также отрицательно влияет на эффективность пропитки (пример 2 Причиной изменения эффективности пр питки в данном случае являются различия в размерах молекулярных фрагментов, составляющих пек и увеличивающихся с повышением точки размягчения пека. Максимальная эффективность пропи ки достигается при использовании пе ка с точкой размягчения 65-90°С (пример 3,11,12). Очень важной технологической хар теристикой предлагаемой пропиточной композиции является соотношение пек и воды, т.е. концентрация пека. Разбавленные растворы пека малоэффективны (пример 4) и приводят к низкому содержанию углерода в огнеупорном изделии. Из-за высокой вязкости неэффективны и концентрированные растворы пека (пример 5). Значительное влияние оказывает на э фективность пропитки продолжительность п{)оцесса. При опускании магнезитового образца в пропиточную смесь поры огнеупора смачиваются по ностью за довольно быстрое время (пример 6), однако эффективность пропитки невысока. С увеличением вр мени пропитки концентрация пека в порах магнезитового огнеупора возрастает . Накопление пека в порах объясняется не только фильтрующим эффектом. Пек в своем составе содержит сул фоновые группы, активный водород ко торых способен замещаться ионом щел ного или щелочно-земельногг. металла Попадая в поры, пек вступает во вза

имодействие с окислами, составляющими огнеупор по схеме

о,

ъ где - R органический радикал. Согласно уравнению, в процессе пропитки в порах огнеупора происходит увеличение молекулярного веса органических соединений, составляющих пек, что приводит к эффективному заполнению пор и увеличению содержания углерода в них. Таким образом, в данном случае магнезитовый огнеупор является своеобразной мембраной аккумулирующей в порах пек. Это видно из примеров 7 и 8, где для пропитки использован пек, в котором активные водороды сульфоновых групп замещены атомом натрия. Нейтрализованный пек свободно проходит сквозь поры огнеупора, не накапливаясь в них даже при длительном времени пропитки. Выдержка магнезитовых образов в предлагаемой пропиточной композиции продолжается до достижения определенной концентрации пека в порах. Дальнейшее пребывание образца в пропиточной композиции является бесполезным. Продолжительность пропитки зависит от высоты огнеупора и размеров его пор. Низкая вязкость водных растворов пека (табл. 1) позволяет вести процесс пропитки огнеупоров при сравнительно низкой температуре. Лучшие результаты получены при ЬО-вО С, Из таблицы видно, что при пропитке аналогичных магнезитовых образцов средиетемпературным каменноугольным пеком, даже высокая температура и длительное время пропитки не обеспечивают полного проникновения пека в огнеупор (примеры 9, 10). Поэтому для обеспечения эффективной пропитки требуется предварительное вакуумиррвание огнеупорных изделий и избыточное давление жидкой фазы при пропитке. Эти технологические условия требуют для проведения пропитки создания полностью герметичного оборудования (автоклавы), что исключает приведение этого процесса в непрерывном режиме. Кроме того, требуется довольно сложное вспомогательное оборудование (вакуумные и компрессионные установки). Таким образом,тёзхнология пропитки огнеупорных изделий с помощью предлагаемого состава позволяет проводить пропитку самым простым способом кипячением. I Сравнительно низкая температура пропитки не требует Г(;;МОГИ-АЛЦИИ

84207510

Оборудования, что позволяет упроститьдающийся тем, что, с целью

процесс.упрощения технологии, снижения темКроме .того, одно из важнейших пре-пературы и времени пропитки, он соимуществ предлагаемого состава переддержит пек, полученный обработкой

другими пропитывающими составамипековых дистиллатов серной кислотой,

каменноугольного происхождения - пол- си дополнительно воду, при следующем

ное отсутстгвие канцерогенности.соотношении компонентов, вес %:

Если в среднетемпературном пеке пек35-50

3,4 - бензопирена содержится 1-3%, Вода 50-65 то в пеке обнаруживаются лишь следыИсточники информации,

® о «лпринятые во внимание при экспертизе

Формула изобретениякл. С 04 В 41/04, 1967.

Состав для пропитки огнеупорных 2. Авторское свидетельство СССР

изделий, содержащий пек, о т ли - 459447, кл. С 04 В 35/02, 1972.

1. Патент СССР 454732,