CN103044046A - 一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法 - Google Patents

一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法 Download PDF

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方伟
陈辉
杜星
徐娜娜
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Abstract

本发明具体涉及一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法。其技术方案是：将1～10份质量的液态固化剂与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂；再将2～6份质量的含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂与100份质量的制备含碳耐火材料的原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为150～250℃，固化时间为3～15h。液态固化剂为甲酸甲酯、乙酸乙酯、碳酸二乙酯、醋酸甘油酯中的一种。本发明采用的液态固化剂发气量小，不含N、P和S等有害元素，为热塑性酚醛树脂的优良溶剂，具有提高含碳耐火材料的塑性、降低含碳耐火材料气孔率、提高含碳耐火材料使用性能和环境友好的优点。

Description

一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法
技术领域
本发明属于含碳耐火材料技术领域和热塑性酚醛树脂技术领域。具体涉及一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法。
背景技术
目前用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料在固化过程中所采用的固化剂主要是六次甲基四胺，由于该固化剂含有N这一有害元素，使得酚醛树脂在使用过程中会释放出NO、NO2等有害气体。这些有害气体不仅对环境造成了严重的污染，同时会使含碳耐火材料内部产生气孔而影响其性能。随着人们环保意识的不断增强和钢铁业对含碳耐火材料要求的不断提高，急需找到一种性能优良的环保型固化剂替代六次甲基四胺应用于含碳耐火材料。
有机酯是一种易得的化合物，不含N、P和S等有害元素，使用过程中无有毒气体产生，具有优良的环保性能，同时有机酯为热塑性酚醛树脂的良好溶剂，可使热塑性酚醛树脂更均匀的包裹在材料颗粒表面，提高材料的塑性，并且有机酯发气量小、发气速度缓慢，对材料的内部结构和使用性能影响较小，所以将有机酯用作热塑性酚醛树脂固化剂已备受关注。目前已有关于这方面的研究。如“适用于冬季的碱性酚醛树脂有机酯固化剂”（CN101823120A）专利技术和“碱性酚醛树脂用有机酯固化剂”（CN101343382A）专利技术，这些技术都是采用有机酯固化碱性酚醛树脂并应用于铸造行业，不仅存在成本昂贵和配方复杂的缺点，且将有机酯固化剂应用于含碳耐火材料方面还未见报道。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种能提高含碳耐火材料的塑性、能降低含碳耐火材料气孔率、能提高含碳耐火材料使用性能和环境友好的用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将1~10份质量的液态固化剂与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂；再将2~6份质量的含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂与100份质量的制备含碳耐火材料的原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为150~250℃，固化时间为3~15h。
所述液态固化剂为甲酸甲酯、乙酸乙酯、碳酸二乙酯、醋酸甘油酯中的一种。
所述含碳耐火材料为镁碳砖或铝碳砖。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）由于本发明采用液态固化剂发气量小和不含N、P、S等有害元素，相对于六次甲基四胺，具有显著的环保效果。
（2）本发明采用的液态固化剂为热塑性酚醛树脂的优良溶剂，相对于六次甲基四胺，可提高热塑性酚醛树脂的分散性，使热塑性酚醛树脂更均匀的包裹在材料颗粒表面，提高了含碳耐火材料的塑性。
（3）本发明采用的液态固化剂发气量小、发气速度缓慢，对含碳耐火材料的内部结构影响较小，能降低含碳耐火材料气孔率和提高含碳耐火材料的使用性能。
所述用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法用于镁碳砖，该镁碳砖的性能是：烘后常温抗折强度为10.2~22.4MPa；烘后常温耐压强为54.2~85.2MPa；烘后显气孔率为8.68~12.8%；烘后体积密度为2.78~2.88g/cm3；1200℃烧后常温抗折强度为3.24~6.13MPa；1200℃烧后常温耐压强度为32.9~59.8MPa；1200℃烧后显气孔率为13.1~18.4%；1200℃烧后体积密度为2.71~2.84g/cm3；1400℃烧后高温抗折强度为7.30~10.4MPa。
用六次甲基四胺作固化剂的含碳耐火材料的固化方法用于镁碳砖，该镁碳砖的性能是：
烘后常温抗折强度为8.50~16.8MPa；烘后常温耐压强度为45.8~72.4MPa；烘后显气孔率为10.0~13.5%；烘后体积密度为2.76~2.85g/cm3；1200℃烧后常温抗折强度为3.89~4.56MPa；1200℃烧后常温耐压强度为30.7~48.2MPa；1200℃烧后显气孔率为15.8~18.9%；1200℃烧后体积密度为2.70~2.79g/cm3；1400℃烧后高温抗折强度为6.52~7.81MPa。
所述用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法用于铝碳砖，该铝碳砖的性能是：烘后常温抗折强度为12.7~24.8MPa；烘后常温耐压强为99.8~145.4MPa；600℃烧后常温抗折强度为6.42~13.3MPa；600℃烧后常温耐压强度为47.6~80.3MPa；1200℃烧后常温抗折强度为11.4~23.5MPa；1200℃烧后常温耐压强度为90.2~139.4MPa。
用六次甲基四胺作固化剂的含碳耐火材料的固化方法用于铝碳砖，该铝碳砖的性能是：烘后常温抗折强度为9.25~20.5MPa；烘后常温耐压强度为85.6~110.7MPa；600℃烧后常温抗折强度为5.86~9.88MPa；600℃烧后常温耐压强度为45.6~74.3Mpa；1200℃烧后常温抗折强度为11.8~19.5MPa；1200℃烧后常温耐压强度为84.2~102.8MPa。
因此，本发明具有能提高含碳耐火材料的塑性、能降低含碳耐火材料气孔率、能提高含碳耐火材料使用性能和环境友好的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
实施例1
一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法。先将1~5份质量的甲酸甲酯与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂，再将2~4份质量的含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂与100份质量的镁碳砖原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为150~200℃，固化时间为3~9h。
所述镁碳砖主要原料及其含量为：75~92wt%的镁砂，1~20wt%的石墨，1~4wt%的抗氧化剂，1~5wt%的添加剂。
按本实施例所述固化方法制得镁碳砖，经性能测试：烘后常温抗折强度为10.2~19.1MPa；烘后常温耐压强度为54.2~80.7MPa；烘后显气孔率为9.50~12.8%；烘后体积密度为2.78~2.86g/cm3；1200℃烧后常温抗折强度为3.24~5.85MPa；1200℃烧后常温耐压强度为32.9~51.8MPa；1200℃烧后显气孔率为15.2~18.4%；1200℃烧后体积密度为2.71~2.80g/cm3；1400℃烧后高温抗折强度为7.30~9.55 MPa。
实施例2
一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法。先将5~10份质量的醋酸甘油酯与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂；再将4~6份质量的含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂与100份质量的镁碳砖原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为200~250℃，固化时间为9~15h。
所述镁碳砖原料同实施例1。
按本实施例所述固化方法制得镁碳砖，经性能测试：烘后常温抗折强度为12.8~22.4MPa；烘后常温耐压强度为62.4~85.2MPa；烘后显气孔率为8.68~11.3%；烘后体积密度为2.80~2.88g/cm3；1200℃烧后常温抗折强度为3.79~6.13MPa；1200℃烧后常温耐压强度为35.9~59.8MPa；1200℃烧后显气孔率为13.1~16.3%；1200℃烧后体积密度为2.74~2.84 g/cm3；1400℃烧后高温抗折强度为7.60~10.4 MPa。
实施例3
一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法。先将5~10份质量的乙酸乙酯与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂；再将2~4份质量的含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂与100份质量的镁碳砖原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为150~200℃，固化时间为3~9h。
所述镁碳砖原料同实施例1。
按本实施例所述固化方法制得镁碳砖，经性能测试：烘后常温抗折强度为11.4~20.6MPa；烘后常温耐压强度为55.2~82.4MPa；烘后显气孔率为8.91~12.3%；烘后体积密度为2.79~2.87g/cm3；1200℃烧后常温抗折强度为3.37~5.91MPa；1200℃烧后常温耐压强度为34.9~53.8MPa；1200℃烧后显气孔率为14.2~17.4%；1200℃烧后体积密度为2.73~2.81g/cm3；1400℃烧后高温抗折强度为7.45~9.6 0MPa。
实施例4
一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法。先将1~5份质量的碳酸二乙酯与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂；再将4~6份质量的含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂与100份质量的镁碳砖原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为200~250℃，固化时间为9~15h。
所述镁碳砖原料同实施例1。
按本实施例所述固化方法制得镁碳砖，经性能测试：烘后常温抗折强度为12.3~21.4MPa；烘后常温耐压强度为60.4~83.2MPa；烘后显气孔率为8.88~11.9%；烘后体积密度为2.79~2.87g/cm3；1200℃烧后常温抗折强度为3.72~6.04MPa；1200℃烧后常温耐压强度为34.7~54.0MPa；1200℃烧后显气孔率为13.5~17.0%；1200℃烧后体积密度为2.74~2.83g/cm3；1400℃烧后高温抗折强度为7.58~9.80MPa。
对比例1
用六次甲基四胺作固化剂的含碳耐火材料的固化方法。先将5~15份质量的六次甲基四胺与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到混合热塑性酚醛树脂；再将4~6份质量的混合热塑性酚醛树脂与100份质量的镁碳砖原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为160~200℃，固化时间为18~24h。
所述镁碳砖原料同实施例1。
按本实施例所述固化方法制得镁碳砖，经性能测试：烘后常温抗折强度为8.50~16.8MPa；烘后常温耐压强度为45.8~72.4MPa；烘后显气孔率为10.0~13.5%；烘后体积密度为2.76~2.85g/cm3；1200℃烧后常温抗折强度为3.89~4.56MPa；1200℃烧后常温耐压强度为30.7~48.2MPa；1200℃烧后显气孔率为15.8~18.9%；1200℃烧后体积密度为2.70~2.79g/cm3；1400℃烧后高温抗折强度为6.52~7.81MPa。
实施例5
一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法。先将5~10份质量的乙酸乙酯与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂；再将2~4份质量的含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂与100份质量的铝碳砖原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为200~250℃，固化时间为3~9h。
所述铝碳砖主要原料及其含量为：60~90wt%的板状刚玉，1~30wt%的鳞片石墨，1~7wt%的抗氧化剂，1~15wt%的添加剂。
按本实施例所述固化方法制得铝碳砖，经性能测试：烘后常温抗折强度为14.5~21.4MPa；烘后常温耐压强度为100.4~135.3MPa；600℃烧后常温抗折强度为6.51~11.6MPa；600℃烧后常温耐压强度为48.4~71.2Mpa；1200℃烧后常温抗折强度为12.8~20.9MPa；1200℃烧后常温耐压强度为90.5~130.4MPa。
实施例6
一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法。先将5~10份质量的甲酸甲酯与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂；再将4~6份质量的含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂与100份质量的铝碳砖原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为150~200℃，固化时间为9~15h。
所述铝碳砖原料同实施例5。
按本实施例所述固化方法制得铝碳砖，经性能测试：烘后常温抗折强度为15.2~24.8MPa；烘后常温耐压强度为110.3~145.4MPa；600℃烧后常温抗折强度为8.52~13.3MPa；600℃烧后常温耐压强度为50.9~80.3Mpa；1200℃烧后常温抗折强度为16.4~23.5MPa；1200℃烧后常温耐压强度为105.7~139.4MPa。
实施例7
一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法。先将1~5份质量的碳酸二乙酯与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂；再将2~4份质量的含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂与100份质量的铝碳砖原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为200~250℃，固化时间为3~9h。
所述制备铝碳砖原料同实施例5。
按本实施例所述固化方法制得铝碳砖，经性能测试：烘后常温抗折强度为12.7~20.9MPa；烘后常温耐压强度为99.8~133.5MPa；600℃烧后常温抗折强度为6.42~11.58MPa；600℃烧后常温耐压强度为47.6~70.4Mpa；1200℃烧后常温抗折强度为11.4~20.3MPa；1200℃烧后常温耐压强度为90.2~128.5MPa。
实施例8
一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法。先将1~5份质量的醋酸甘油酯与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂；再将4~6份质量的含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂与100份质量的铝碳砖原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为150~200℃，固化时间为9~15h。
所述铝碳砖原料同实施例5。
按本实施例所述固化方法制得铝碳砖，经性能测试：烘后常温抗折强度为14.5~23.5MPa；烘后常温耐压强度为108.3~142.5MPa；600℃烧后常温抗折强度为8.48~13.0MPa；600℃烧后常温耐压强度为59.4~78.9Mpa；1200℃烧后常温抗折强度为13.8~23.2MPa；1200℃烧后常温耐压强度为103.4~137.8MPa。
对比例2
用六次甲基四胺作固化剂的含碳耐火材料的固化方法。先将5~15份质量的六次甲基四胺与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到混合热塑性酚醛树脂；再将4~6份质量的混合热塑性酚醛树脂与100份质量的铝碳砖原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为160~200℃，固化时间为18~24h。
所述铝碳砖原料同实施例5。
按本实施例所述固化方法制得铝碳砖，经性能测试：烘后常温抗折强度为9.25~20.5MPa；烘后常温耐压强度为85.6~110.7MPa；600℃烧后常温抗折强度为5.86~9.88MPa；600℃烧后常温耐压强度为45.6~74.3Mpa；1200℃烧后常温抗折强度为11.8~19.5MPa；1200℃烧后常温耐压强度为84.2~102.8MPa。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下优点：
（1）由于本具体实施方式采用液态固化剂发气量小和不含N、P、S等有害元素，相对于六次甲基四胺，具有显著的环保效果。
（2）本具体实施方式采用的液态固化剂为热塑性酚醛树脂的优良溶剂，相对于六次甲基四胺，可提高热塑性酚醛树脂的分散性，使热塑性酚醛树脂更均匀的包裹在材料颗粒表面，提高了含碳耐火材料的塑性。
（3）本具体实施方式采用的液态固化剂发气量小、发气速度缓慢，对含碳耐火材料的内部结构影响较小，能降低含碳耐火材料气孔率和提高含碳耐火材料的使用性能。
所述用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法用于镁碳砖，该镁碳砖的性能是：烘后常温抗折强度为10.2~22.4MPa；烘后常温耐压强为54.2~85.2MPa；烘后显气孔率为8.68~12.8%；烘后体积密度为2.78~2.88g/cm3；1200℃烧后常温抗折强度为3.24~6.13MPa；1200℃烧后常温耐压强度为32.9~59.8MPa；1200℃烧后显气孔率为13.1~18.4%；1200℃烧后体积密度为2.71~2.84g/cm3；1400℃烧后高温抗折强度为7.30~10.4 MPa。
用六次甲基四胺作固化剂的含碳耐火材料的固化方法用于镁碳砖，该镁碳砖的性能是：
烘后常温抗折强度为8.50~16.8MPa；烘后常温耐压强度为45.8~72.4MPa；烘后显气孔率为10.0~13.5%；烘后体积密度为2.76~2.85g/cm3；1200℃烧后常温抗折强度为3.89~4.56MPa；1200℃烧后常温耐压强度为30.7~48.2MPa；1200℃烧后显气孔率为15.8~18.9%；1200℃烧后体积密度为2.70~2.79g/cm3；1400℃烧后高温抗折强度为6.52~7.81MPa。
所述用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法用于铝碳砖，该铝碳砖的性能是：烘后常温抗折强度为12.7~24.8MPa；烘后常温耐压强为99.8~145.4MPa；600℃烧后常温抗折强度为6.42~13.3MPa；600℃烧后常温耐压强度为47.6~80.3MPa；1200℃烧后常温抗折强度为11.4~23.5MPa；1200℃烧后常温耐压强度为90.2~139.4MPa。
用六次甲基四胺作固化剂的含碳耐火材料的固化方法用于铝碳砖，该铝碳砖的性能是：烘后常温抗折强度为9.25~20.5MPa；烘后常温耐压强度为85.6~110.7MPa；600℃烧后常温抗折强度为5.86~9.88MPa；600℃烧后常温耐压强度为45.6~74.3Mpa；1200℃烧后常温抗折强度为11.8~19.5MPa；1200℃烧后常温耐压强度为84.2~102.8MPa。
因此，本具体实施方式具有能提高含碳耐火材料的塑性、能降低含碳耐火材料气孔率、能提高含碳耐火材料使用性能和环境友好的特点。

Claims (2)

1.一种用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法，其特征在于先将1~10份质量的液态固化剂与100份质量的热塑性酚醛树脂混匀，得到含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂；再将2~6份质量的含碳耐火材料用混合热塑性酚醛树脂与100份质量的制备含碳耐火材料的原料混合，搅拌均匀，压制成型，然后进行固化，固化温度为150~250℃，固化时间为3~15h；
所述液态固化剂为甲酸甲酯、乙酸乙酯、碳酸二乙酯、醋酸甘油酯中的一种。
2.根据权利要求1所述用热塑性酚醛树脂结合的含碳耐火材料的固化方法，其特征在于所述含碳耐火材料为镁碳砖或为铝碳砖。
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