AGENTE DE CU ESIA DE AREA DE SUPERFlOE TTA
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un aglutinante de curación a temperatura ambiente para aplicaciones refractarias y de fundición. El aglutinante incorpora partículas de óxido de magnesio ligeramente quemado.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El control del curado a temperatura ambiente de las composiciones aglutinantes es útil en las técnicas de fundición y refracción. En las aplicaciones de fundición y refracción, el aglutinante se mezcla con arena y otro material refractario, y se crean diversas formas con la ayuda de equipo de patrones. Los sistemas de endurecimiento a temperatura ambiente o temperatura de cuarto que se utilizan en las aplicaciones refractarias y de fundición dependen de su habilidad para revestir la arena de forma uniforme u otros granos refractarios, los cuales se curan en formas rígidas y fuertes en condiciones de ambiente. Un proceso de curado a temperatura ambiente, conocido como curado de éster, utiliza una resina resola fenólica altamente alcalina con un pH mayor que 1 1 y una proporción molar álcali a fenol de 0.2/1 a 1 .2/1 . En general, los componentes aglutinantes se mezclan dentro de la arena, ya sea en una partida o en proceso continuo y la arena mezclada se descarga en un patrón. La arena comienza a curarse o endurecerse inmediatamente, y esto es esencial para compactar suficientemente la arena para aleartz&F-^trefga— de unión óptima. — Si la ai na nu s puede compactar de forma suficiente antes de la curación, existe una fuerza de unión disminuida. La utilidad de un aglutinante está relacionada a la cantidad de tiempo disponible para convertir de forma suficiente el aglutinante en un patrón previo a la curación del mismo. Se han utilizado composiciones para retrasar el endurecimiento a temperatura ambiente de una resina resola fenólica, solas o con un agregado, cuando dicha resina esta en contacto con un nitroalcano, y un agente de endurecimiento, tal como, óxido de magnesio ligeramente quemado. El pH de la resina resola fenólica utilizado en esa aplicación varió sobre un rango amplio de alrededor de 4.5 a 1 3. Sin embargo, el endurecimiento toma lugar en un pH de arriba de 7, es decir, en el rango alcalino, tal como arriba de 7.5. Cuando el endurecedor es óxido de magnesio ligeramente quemado, solo o junto con un agente de endurecimiento funcional éster, el pH de la resina puede estar abajo de 7, tal como, entre un pH de 4.5 y 7, pero necesita estar presente una cantidad suficiente de óxido de magnesio ligeramente quemado tanto para neutralizar la acidez como para proveer suficiente óxido de magnesio para la degradación y endurecimiento de la resina. El endurecimiento a temperatura ambiente de las composiciones que contienen agregado de magnesia y una resina fenólica líquida curable, ya sea solas o junto con un agente de endurecimiento de función éster, se ha acelerado a través del uso de aditivos, tales como, aquellos los cuales proporcionan a la composición: acetato; adipato; 1 ,2,4-benzenotricarboxilato (trimelitato): formato; gJLicalaio; laclato.; nitrato;- srrccTrrato — sxiff amato; — fenolsulfonato- — o — aniones — toluenosutfonatcs — s compuestos que proporcionan acetilacetona (2,4-pentanodiona); 2-nitrofenol; 4-nitrofenol; o salicilaldehído. El método de curación se ha utilizado con resinas resola que tienen una proporción molar de fenol-a-formaldehído de entre alrededor de 1 :09 y 1 :3. Sin embargo, las proporciones fenol-a-formaldehído en el extremo más bajo de este rango no producen aglutinantes de alta fuerza en un período corto de tiempo. También se puede utilizar una resina novolac, como una solución líquida si se utiliza sola como la resina fenólica o como un líquido o sólido cuando se utiliza junto con una solución resola. Los productos óxido magnesio ligeramente quemado que tienen áreas de superficie diferente, se pueden obtener de diferentes fuentes, tal como, la Compañía Martin Marietta Magnesia Specialties, Baltimore, MD, bajo el nombre de Productos de óxido de Magnesio MAGCHEM. Los óxidos de magnesio ligeramente quemado con áreas de superficie más altas, son más activos y proveen tiempos más cortos de gelación y endurecimiento. La reactividad y área de superficie del óxido de magnesio (magnesia) difieren grandemente dependiendo del procedimiento utilizado para la manufacturación de la magnesia. Por consiguiente, la magnesia ligeramente quemada tiene un área de superficie de alrededor de 10 a 200 o más metros cuadrados por gramo. La magnesia muy quemada y absolutamente quemada tienen un área de superficie de alrededor de uno o menos de un metro cuadrado por gramo. Para utilizar en composiciones refractarias, el grano de magnesia se tritura- _y_ se .clasifica aagún— su tamaño en— diíereates- fracciones. Comúnmente se han utilizado tamanos^e^mñonJe~c¾ e~gOTla~ muy quemada o absolutamente quemada de magnesia, para endurecimiento a temperatura ambiente, lo que significa que el endurecimiento de las composiciones aglutinante-agregado se lleva a cabo en temperaturas de alrededor de 15.55°C a 32.22°C. Las composiciones aglutinante-agregado conocidas, producidas mediante la combinación de un aglutinante de resina curable, agregado de magnesia, y acelerador, han comprendido, de forma adicional, un número de modificadores o aditivos opcionales, incluyendo: solventes no reactivos; silanos; hexametilenotetraamino; arcillas; grafito; óxido de hierro; carbono armado; dióxido de silicio; polvos de metal, tal como, aluminio, magnesio y silicio; agentes tensoactivos; dispersantes; agentes de baja de aire; y mezclas de los mismos. Existe una necesidad de una mezcla refractaria que se cure a temperatura ambiente, que suministre tiempo de trabajo adecuado y, por lo tanto, se cure de forma rápida y que tenga suficiente fuerza compresiva. Además, existe una necesidad de que tal composición refractaria suministre un contenido bajo de fenol libre y que se pueda producir a un bajo costo debido a una reducción en la concentración de resina requerida.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención suministra composiciones refractarias que minimizan el contenido de resina. Las ventajas relacionadas con la concentración de resina reducida en las mezclas refractarias son dos. — Primero, se reduce el costo del producto, y segundo, existe una reducción en emisiones asociadas con la resma: iras^^om Osiciones se pueden trabajar y muestran fuerzas de compresión altas en un período de tiempo corto. Además, las mezclas refractarias de la presente invención tienen un bajo contenido de fenol libre y requieren un contenido reducido de resina en comparación con las composiciones de la técnica anterior. Las mezclas refractarias que se suministran en la invención, además reducen el costo de producir artículos útiles, mediante la eliminación del requerimiento de curación de éster, además de requerir cantidades reducidas de resina para obtener fuerza compresiva adecuada. La presente invención está dirigida a una composición, incluyendo una resola líq uida que tiene una proporción mol de fenol a formaldehído que va en un rango de alrededor de 1 :2.0 a alrededor de 1 :2.4; un agregado; y un agente de endurecimiento de magnesio.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN De acuerdo a una modalidad de la presente invención, se provee una composición que se cura a temperatura ambiente, utilizando concentraciones variadas de óxido de magnesio ligeramente quemado. Las composiciones de la presente invención utilizan una resola líquida que tiene una proporción de mol especificada de fenol-a-formaldehído. Se ha descubierto que el uso de una resola líquida de la presente invención en combinación con el óxido de magnesio ligeramente quemado descrito aquí, suministra proporciones sorprendentes e inesperadas de endurecimiento y desarrollo de fuerza compresiva, en comparación a las composiciones de ra t en ica a n terior- v trtiH-zafl--resí>la- f ené i&a -éster-y óxid o-d e-ma goesj a ligeramente quemado. En otra modalidad de la presente invención, se suministra una composición aglutinante, que incluye: un agregado; una resola l íquida que tiene una proporción de mol de fenol a formaldehído que varía de alrededor de 1 :2.0 a alrededor de 1 :2.4, en una cantidad que varía de alrededor de 1 % a alrededor del 20% en peso, basado en el peso total del agregado; óxido de magnesio ligeramente quemado en una cantidad que varía de alrededor de 0.5% a alrededor de 50% en peso, basado en el peso total de la resola líquida; y un solvente en una cantidad que varía de alrededor del 0% a alrededor del 25% en peso, basado en el peso total del agregado. El término "agente de endurecimiento" se utiliza aquí para denotar un material, el cual incrementa la proporción de endurecimiento de una resina resola fenólica, por ejemplo, a temperatura ambiente o cuarto (T.C.). El endurecimiento se alcanza con incrementos en la viscosidad y gelación para formar un sólido que es firme al tacto y generalmente inflexible. Un ejemplo de un agente de endurecimiento de magnesio ligeramente quemado es óxido de magnesio ligeramente quemado. Por el término "endurecimiento a temperatura ambiente" significamos el endurecimiento de las composiciones de esta invención a temperatura de alrededor de 15.55°C a 32.22°C , particularmente alrededor de 18.33°C a 26.66°C. tos- age ntes de endurecimiento de magnesio son. hidróxido de magnesio^ óxTdo de rrra g ne s†o 1†g eram em†e~~ quemado , u — olro óxrd magnesio el cual tiene la actividad de endurecimiento para resinas resola fenólicas de óxido de magnesio ligeramente quemado, tal como, ese que tiene un área de superficie de al menos 10 metros cuadrados por gramo (10 m2/g). La reactividad y el área de superficie del óxido de magnesio ("magnesia") son diferentes en gran medida dependiendo del procedimiento utilizado para manufacturación de la magnesia. Los grados de ligereza en el quemado de óxido de magnesio se calcinan a temperaturas que varían de alrededor de 871 .1 1 ° a 982.22°C. Los grados muy quemado se calcinan a temperaturas que varían de alrededor de 1537.77° a 1648.88°C. El grado periclase o absolutamente quemado de óxido de magnesio se calcina a temperaturas arriba de 2204.44°C. Los grados ligeramente quemado generalmente están disponibles en forma de polvo o granulados, mientras que los grados muy quemado están disponibles en formatos de categoría de horno, molidos, enrejados. Los periclase están generalmente disponibles como briquetas y como fracciones enrejadas o molidas. Existen grandes diferencias en las áreas de superficie para las diferentes magnesias. Por consiguiente, la magnesia ligeramente quemada tiene un área de superficie de alrededor de 10 a 200 o más metros cuadrados por gramo (m2/g). La magnesia muy quemada tiene un área de superficie de alrededor de un metro cuadrado por gramo, mientras que la magnesia muy quemada tiene un área de superficie de menos de un metro cuadrado por gramo. La magnesia que se util+z-a^on en^io^lmente— como -u^^gregadO_i^fi¾ctario— es— la_magnesia— periclase o muy q uemada. Ni la magnesia muy quemada— o_ a— roagaesia-absolutamente q uemada son agentes de endurecimiento efectivos. Es la magnesia ligeramente quemada la que es un agente de endurecimiento efectivo. Los productos de magnesia ligeramente quemada que tienen diferentes superficies de área se pueden obtener de la Compañ ía Martin Marietta Magnesia Specialties, Baltimore, MD bajo el nombre de Productos de Óxido de Magnesia MAGCHEM. Ilustrativamente, MAG-CH EM 30 tiene un área de superficie de alrededor de 25 metros cuadrados por gramo. MAGCHEM 50 tiene un área de superficie de alrededor de 65 metros cuadrados por gramo, mientras que MAGCH EM 200D tiene un área de superficie de alrededor de 1 70 metros cuadrados por gramo. En la presente invención , la cantidad de magnesia ligeramente quemada para utilizarse, depende del área de superficie de la magnesia ligeramente quemada que se utilice. Por ejemplo, comparativamente se utilizaría menos MAGCHEM 200D que MAGCHEM 50, y se utilizaría menos MAGCHEM 50 q ue MAGCH EM 30. Una de las variables que influencia el incremento de viscosidad , formación de gel y su bsiguiente endurecimiento de una resina resola fenólica , es el área de superficie del óxido de magnesio ligeramente q uemado. Los óxidos de magnesio q ue tienen superficies de áreas más altas, son más activos y suministran tiempos más cortos para la gelación y endurecimiento. Por consiguiente, el óxido de magnesio ligeramente quemado, que tiene una superficie de área de menos de 25 metros cuadrados por gramo, es más lento en su actuación, y generalmente no se utilizará cuando se desea tener la cura de la composición aglutinante en un p^rlocfo relativa m¾n te ^cort^o ^e Ijempo ^a^teTTiperaturas^(ieb¾†o de alrededor de 48.88°C. Por otro lado, la magnesia q ue tiene una superficie de área más alta, tal como alrededor de 65 metros cuadrados por gramo (m2/g) y arriba, endurecerá la misma composición aglutinante en un período más corto de tiempo. Para muchas aplicaciones es conveniente utilizar magnesia que tenga una superficie de área de alrededor de 25 a 65 metros cuadrados por gramo. La magnesia muy quemada también reacciona lentamente como endurecedor para ser de valor práctico, y la magnesia absolutamente quemada es suficientemente inerte, así q ue se utiliza convencionalmente como un refractario con aglutinantes de resina fenólica, con poco o ningún efecto en las proporciones de endurecimiento a temperatura ambiente. La cantidad de óxido de magnesio ligeramente q uemado o hidróxido de magnesio, el cual, se utiliza en esta invención como un endurecedor, es una cantidad suficiente para incrementar la proporción de gelación o endurecimiento de la resina resola fenólica. Las resinas resola fenólicas preferentes utilizadas en esta invención tienen menos de alrededor de 2% en peso de potasio o sodio soluble en agua . Una proporción molar preferente para utilizar en esta invención está en el rango de alrededor de 1 mol del fenol por cada 2.0 moles del aldeh ido, a alrededor de 1 mol de fenol por cada 2.4 moles del aldehido y particularmente un rango de fenol a aldehido de alrededor de 1 :2.1 a alrededor de 1 :2.3. La resina resola fenólica se utilizará usualmente en solución. El-pH-d la— res¼a-r-esola fe^óli a-ut izada^fl-e^ta^veflciófl- generalmente estará en el rango de alrededor de 8 a alrededor- d¾~~ &G?.?G rango preferente es de alrededor de 8.5 a alrededor de 9. La parte líquida de la resina es agua, o agua junto con un solvente no reactivo. La resina puede incluir un número de modificadores o aditivos opcionales, tales como, silanos, hexametilenotetramina, o urea. Los solventes útiles para la presente invención, además de agua, se pueden seleccionar de alcoholes de uno o cinco átomos de carbono, diacentona, alcohol, glicoles de 2 a 6 átomos de carbono, éteres butilo o mono- y dimetilo de glicoles, glicoles de polietileno de peso molecular bajo (200-600) y éteres metilo de los mismos, fenólicos de 6 a 15 carbonos, fenoxietanol, lactonas tal como ?-butirolactona, ?-valerolactona, y d-valerolactona, solventes aproticos tal como, N-N-dimetiloformamida, N,N-dimetilacetamida, 2-pirrolidinona, N-metil-2-pirrolidinona, sulfóxido de dimetilo, sulfona de tetrametileno, hexametilfosforamida, urea tetrametilo, acetona etilo metilo, acetona isobutilo metilo, éteres cíclicos, tal como tetrahidrofurano y m-dioxolano, y lo parecido, y mezclas de los mismos. Bajo ciertas condiciones de elevada alcalinidad, ésteres y lactonas, tal como ?-butirolactona podría ser reactivo con la resola. Los contenidos de agua preferentes de las resinas utilizadas en esta invención, variarán de alrededor de 18% a alrededor de 24% en peso de la resina, y por consiguiente, pueden ser referidas como soluciones acuosas. Se recomienda utilizar promotores de adhesión de silano organofuncional cuando las composiciones de esta invención incluyan agrega dos ~siTí ceosTT a" G?? nrcr, ~aTe s~s1li e7 silicato s~y~ro c a~tr rt ora d o s ,~? agregados de bas.e_aJjúmina- ; Los silanos organofuncionales se utilizan en una cantidad suficientes para mejorar la adhesión entre la resina y el ag regado. Niveles de uso típicos de estos silanos son de 0.1 a 1 .5% basado en el peso de la resina. Ilustrativo de silanos que son útiles, son aquellos q ue se representan por la Fórmula genérica (I). (RO)3-Si-OR (I) Las composiciones de esta invención pueden incluir rellenos, modificadores y agregados , los cuales se utilizan convencionalmente con resina resola fenólicas. El material agregado puede ser un material particulado, tal como ese en forma de granulado, polvo o en trozos. Materiales agregados convenientes incluyen , pero no están limitados a: mag nesia, magnesita , alúmina, circona, sílice, arena de circón, arena de olivita , carburo de silicio, nitruro de silicio, nitruro de boro, bauxita, cuarzo, cromita y corindón. Para ciertas aplicaciones son preferentes los materiales ag regados de baja densidad, tales como, vermiculita, perlita, y piedra pómez. Para otras aplicaciones, agregados de alta densidad preferentes incluyen: piedra caliza, cuarzo, arena, grava, roca triturada, ladrillo roto, y escoria de metal de horno en chorro enfriada con aire. La arena, la grava y la roca triturada son agregados preferentes en concreto polimérico. Los rellenos, tal como, carbonato de calcio, caolín, mica , volastonita , y baritinas, se pueden utilizar en cantidades de hasta 50% en peso del producto de resina formulada . La cantidad de tales rel lenos puede ser igual a la cajTtid^d_d^]a_rj^si'n^ microesferas ahuecadas de vidrio resina fenóttca~; o ceTáTrric ; — err cantidades de hasta alrededor de 20% del producto de resina formulada. Otros modificadores opcionales, particularmente en concreto polímero, incluye fibras tal como, acero, vidrio resistente al álcali, poliéster, carbono, carburo de silicio, asbestos, fibras volastonita, y poliamidas aromáticas, tal como, fibra aramido KEVLAR® que se vende a través de Dupont Advanced Fiber Systems, Richmond , VA, y polipropileno. La cantidad de tales fibras puede variar en un rango amplio, suficiente para mejorar la fuerza de la composición, es decir, de alrededor de 2% a 5% en peso de agregado, cuando el agregado se utiliza en la composición . Las composiciones de partida crudas, prod ucidas mediante la combinación de aglutinadores de resina que se endurece, agregado y agente que se endurece, pueden comprender adicionalmente cualq uiera de un número de ad itivos y mod ificadores opcionales, incluyendo solventes no reactivos, silanos, hexametilenotetramino, arcillas, grafito, óxido de hierro, carbono armado, dióxido de silicio, polvos de metal, tal como, aluminio, magnesio, silicio, agentes tenso activos, dispersantes, agentes q ue bajan aire, y mezclas de los mismos. Se pueden utilizar agentes que bajan aire, tal como, antiespumas, por ejemplo, dimetilpolisiloxano y lo parecido, en una cantidad suficiente para incrementar la fuerza de la composición. Tales cantidades pueden variar en un rango amplio de alrededor de 0.005% a 0.1 % basado en el peso de la resina y preferentemente de alrededor de 0.01 % a 0.05% basado en el peso de la resina. Como ilustrativos de agentes adicionales que bajan aire se pueden mencionar: difefen+es-deHwadOS-aeetiléni^ SURFYNOL 1 04, SURFYNOL GA; y varios siloxanos, tal como dimetilopolisiloxano y copolímeros en bloque óxido dimetilsiloxano- alquileno, tal como, PS073 el cual es suministrado por United Chemical Technologies, Inc. , Bristol, PA. En aplicaciones de fundición y revestimientos de aglutinador- arena, o donde la arena de sílice se utiliza como el agregado, un aditivo preferente es un promotor de adhesión de silano, tal como, 3- aminopropiltrietoxisilano. En aplicaciones refractarias, arcillas, polvos de metal (por ejemplo, aluminio, magnesio, o silicio), y grafito, son los aditivos preferentes. Cuando el grafito o polvos de metales de aluminio, magnesio o silicio o mezclas de los mismos, se utilizan como aditivos, la cantidad de agregado, tal como alúmina o magnesia, se pueden reducir tan bajo como alrededor del 70% en peso de la composición. Resola fenólica Las resinas resola son termoestables, es decir, forman un polímero tridimensional infusible con la aplicación de calor y se producen por la reacción de un fenol y un exceso molar de un aldehido reactivo-de fenol típicamente en presencia de un álcali, tierra alcalina, u otro compuesto metal como un catalizador de condensación . La resola fenól ica , la cual se puede utilizar con las modalidades de la presente invención , se puede obtener de la reacción de un fenol, tal como, fenol por sí mismo, cresol , resorcinol , 3,5-xilenol, bifenol-A, otro fenoles sustitutos, y mezclas de cualquiera de estos compuestos,— COA— un aldehido, tal come-, — or- -ejemplo-, — f or-mal eh+dov pamtoima teftfdo, ace a¼e†i ido, fuffaralclehido, y me^cla^tfe^cüáfqü e a^ de estos aldehidos. De hecho, una amplio rango resolas fenólicas se pueden utilizar con las diferentes modalidades de esta invención. Estas pueden ser resolas formaldehído-fenol o aquellas donde el fenol es parcial o completamente sustituido por uno o más compuestos fenólicos reactivos y la parte aldehido puede ser parcial o completamente reemplazada por otros compuestos aldehido. La resina resola fenólica preferentes es la condensación producto de fenol y formaldehído. Un exceso molar de aldehido por mol de fenol, se utiliza para hacer las resinas resola utilizadas en las invenciones presentes. La proporción molar preferente del fenol por aldehido está en el rango de alrededor de 1 :2.0 a alrededor de 1 :2.4. Una forma conveniente para llevar a cabo la reacción es mediante el calentamiento de la mezcla con reflujo, en condiciones de presión reducida o atmosférica. Sin embargo, el reflujo, no se requiere. Típicamente, la mezcla de reacción se calienta hasta que alrededor del 80 por ciento a alrededor del 98 por ciento del aldehido ha reaccionado el calentamiento prolongado se requiere y se prefiere continuar el calentamiento hasta que solamente el 80 por ciento a 90 por ciento del aldehido ha reaccionado. En este punto, la mezcla de reacción se calienta en vacío en una presión de alrededor de 50 mn de Hg, hasta que el formaldehído libre en la mezcla sea menos de alrededor del 1 por ciento a alrededor del 2 por ciento. Preferentemente, la reacción se lleva a ca bo en 95°C hast a que e I for mal d.ehí eLoJ ibxe es menos de alrededor de 0.1 por cietvte-efi-p¾¾o de la mezcla. — El catalizador se puede pi ecípitar de la mezcla de reacción antes del paso de calentamiento en vacío, si se desea. Los niveles de fenol libre y formaldehído libre, se miden mediante métodos bien conocidos en la técnica. Preparación La resola fenólica preferente que se utiliza aquí, es una resola líquida que tiene la proporción de formaldehído y fenol de alrededor de 1 :2.2. Además, la resola se mezcla con arena de sílice, un componente de curación óxido de magnesio y agua. Es preferente que las partículas de óxido de magnesio ligeramente quemado estén en una concentración de entre alrededor de 0.5% y 50%, y más preferentemente entre alrededor de 12% y 18%. Los aglutinantes se prepararon como se describe abajo y se evaluaron para la fuerza compresiva a temperatura ambiente después de 3 o 4 horas y luego a las 24 horas posteriores a su preparación. La fuerza compresiva también se evaluó después de que las muestras de aglutinantes se calentaron a 1 10°C o 125°C en un horno por alrededor de 1 hora. Se utilizaron dos resinas resola estándar en los ejemplos que siguen. Las resinas resola estándar fueron la Resina 1 , que tiene una proporción de fenol a formaldehído de 1 :2.2, y la Resina 2 que tiene una proporción de fenol a formaldehído de 1 :0.9. Ambas resinas son resolas líquidas convencionales. Las Mezclas Refractarias A-D se prepararon empleando la Resina 1 o la Resina 2. La arena de sílice utilizada en las arena de sílice de tamaño de grano altérente. Las unida des~para~1tys componentes de las Mezclas Refractarias A-D se basaron en el contenido de arena de sílice siendo fijado a 200 partes y luego los otros componentes se fijaron a partes por doscientos de arena de sílice. Después de la preparación los aglutinantes húmedos se metieron con la mano dentro de pepitas de 20 gramos de alrededor de 2.540 y 1 .5875 centímetros de diámetro y alrededor de 0.9525 centímetros de espesor. Las fuerzas compresivas de las pepitas hechas de la Mezclas Refractarias A-D se resumen en la Tabla 1 . Mezcla Refractaria A Arena de sílice 200 MAGCHEM 50 1 .8 Resina 1 12 Agua 4 La arena de sílice y MAGCHEM 50, se mezclaron juntos, y luego se añadieron la resina y el agua y se mezclaron, mezclando perfectamente por 5 minutos. MAGCHEM 50 es un óxido de magnesio ligeramente quemado que está disponible de la Compañía Martin Marietta Magnesia Specialties, Baltimore, MD. La temperatura de la mezcla refractaria se incrementó de 24°C a 26°C. El material fue vibrante en la forma húmeda. Mezcla Refractaria B Arena de sílice 200 MAGCHEM 50 2.4 Resina- 12 Agua 4 La arena de sílice y MAGCHEM 50 se mezclaron, luego se añadieron la resina y el agua y se mezclaron perfectamente por 5 minutos.
La temperatura de la mezcla refractaria se incrementó de 24°C a 26°C. El material no vibró en la forma húmeda. Mezcla Refractaria C Arena de sílice 200 MAGCHEM 50 1 .5 Resina 1 10 Agua 4 La arena de sílice y MAGCHEM 50 se mezclaron perfectamente por alrededor de 5 minutos. La resina y el agua se añadieron y se mezclaron perfectamente por 5 minutos. La temperatura de la mezcla refractaria se incrementó de 24°C a 26°C. El material vibró en la forma húmeda. Mezcla Refractaria D Arena de sílice 200 MAGCHEM 50 1.2 Resina 1 8 Agua 4 La arena de sílice y MAGCHEM 50 se mezclaron juntos y la resina y el agua se añadieron y se mezclaron perfectamente por 5 minutos.
La temperatura de la mezcla refractaria se incrementó de 24°C a 26°C. El material estaba húmedo, pero no vibró completamente. Análisis de Fuerza Comprensiva Tinius Olsen , Willow Grove, PA, para el análisis de fuerza de compresión . La prueba mide la fuerza de compresión paralela a la superficie de un ejemplar ("pepita"), mediante los siguientes pasos: ( 1 ) la superficie de un ejemplar de prueba cilind rica es cuidadosamente colocada en tierra para uniformidad y para proveer ángulos correctos en las orillas cilindricas; (2) el ejemplar se coloca sobre la superficie de la máquina; (3) una carga vertical se aplica a la superficie plana del ejemplar en una proporción de alrededor de 0.254 centímetros por min uto; (4) una representación visual digital ind ica la carga, en intervalos de incremento de 1866.21 gramos hasta que el ejemplar se quiebra; y (5) la carga final se divide a través del área de superficie del ejemplar para llegar a una fuerza compresiva en unidades de libras por pulgada cuadrada ("psi"). Tabla 1 . La Fuerza Compresiva de las Mezclas Refractarias A-C después de 3-4, y 24 horas a temperatura ambiente y después de 1 hora en 1 1 0°C. Mezcla Refractaria / Tiempo / Temperatura Muestra Fuerza Compresiva, psi
A / 4 horas / temperatura ambiente 1 347 2 31 1 3 145 A / 24 horas / temperatura ambiente 1 540 2 441 3 299 A / 1 hora / 1 1 0°C 1 1 088 2 1 080 3 895 B / 3.5 horas / temperatura ambiente 1 1 254 2 427 3 1 69 B / 24 horas / temperatura ambiente 1 825 2 832 3 702 B / 1 hora / 1 1 0°C después de 1 hora a 1 1 1 14 temperatura ambiente 2 1317
Para evaluar las limitaciones de la efectividad del agente de curación óxido de magnesio en el rango de proporción fenol a formaldehído de alrededor de 1 :0.9 a alrededor de 1 :2.2, se prepararon las mezclas refractarias siguientes, Mezclas Refractarias E-I . Además de óxido de magnesio, se utilizo un solvente. De forma similar a la preparación de la Mezclas Refractarias A-D, las unidades para los componentes de las
Mezclas Refractaria E-G se basaron en el contenido de arena de sílice, siendo fijado a 100 partes y todos los demás componentes entonces se fijaron a partes por 1 00 de arena de sílice. La preparación de las Mezclas refractaria E-G fue como sigue: La arena de sílice y MAGCH E M 50 se mezclaron j untas, luego se añad ieron la resina y ?-butirolactona y se mezclaron por 2 minutos. Las mezclas refractarias se metieron a pTe^slorr^ccrr- la mano dentro— de— 2 pildoras o pepitas de 2.540 centímetros de diámetro y 0.9525 centímetros de espesor. Mezcla Refractaria E Arena de sílice 100 Resina 2 1 2 ?-butirolactona 3.21 MAGCHEM 50 1 .5 Mezcla Refractaria F Arena de sílice 100 MAGCHEM 50 1 .5 Resina 1 12 ?-butirolactona 3.22 Mezcla Refractaria G Arena de sílice 100 MAGCHEM 50 1 .5 50:50 Resina 1 : Resina 2 12 ?-butirolactona 3.24 Mezcla Refractaria H Arena de sílice 200 MAGCHEM 50 1 .5 Resina 2 10 Agua 4 Las unidades para los componentes de la Mezcla Refractaria H é—b~a"saTo rTe rTeT con t ¾7fldO~ d enarena' d e s í -h¾e"-o^e--s¾- ljó--eii-2^9- art s --y- entonces, todos los ^tros componentes se fijaron a partes por doscientas" de arena de sílice. La Mezcla Refractaria H se preparó mezclando la arena de sílice y MAGCH EM 50 perfectamente por 1 minuto y, luego, se añadió la resina y el agua y se mezclaron perfectamente por 5 minutos. No ocurrió cambio de temperatura. El material húmedo era vibrante. Se dejó reposar la mezcla por 30 minutos previo a ser introducida con la mano dentro de pepitas de 20 gramos de 2.540 y 0.3175 centímetros de diámetro y 0.9525 centímetros de espesor. Los resultados cualitativos de fuerza de las Mezclas Refractarias E-H se resumen en la Tabla 2. Tabla 2. Resultados de Fuerza y Observación Cual itativa de la Mezclas
Refractarias E-H
L-as—d4fo ron cías en la fuerz^^^m f s+v^—vaflamfi— ée— f sorprendente e inesperada con la proporción fenol-a-formaldehído ("F/F") en el rango de las resinas evaluadas. Las enseñanzas de la técnica anterior sugieren que una fuerza de mezcla refractaria similar se puede observar con el uso de resinas resola en la proporción ("F/F") de entre 1 : 1 y alrededor de 1 :3. Sin embargo, las fuerzas de las refractarias producidas en estos ejemplos, no son inconexas a la proporción fenol-a-formaldeh ído en el rango estudiado. De hecho, la fuerza de compresión de las refractarias en el rango de proporciones F/F de alrededor de 1 : 1 a alrededor de 1 : 1 .5 son, de forma sorprendente, menores q ue las fuerzas de compresión de la refractarias que contienen resinas que tienen una proporción F/F entre alrededor de 1 :2.0 a alrededor de 1 :2.4. Las unidades de los componentes de las Mezclas Refractarias I , J y K se basaron en el contenido arena de sílice que se fijó a 200 partes y, entonces, todos los demás componentes se fijan para partes por doscientos de arena de sílice. Mezcla Refractaria I Arena de s ílice 200 MAGCHEM 50 2 Resina 1 16 Agua 2 ?-butirolactona 4.29 La arena de sílice y MAGCHEM 50, se mezclaron juntos, y luego se añadieron y mezclaron la resina , el agua y ?-butirolactona. La _niezc!a_5jeJ_nj ojAuj_o_^ -e ad a- tma— de— 2.-54T- 0.9525 centímetros. El material era vibrante y la temperatura del aglutinante se incrementó de 24°C a 29°C. Los resultados del análisis de fuerza compresiva del aglutinante se resumen en la Tabla 3. Mezcla Refractaria J Arena de sílice 200 MAGCHEM 50 1 .5 Resina 1 12 Agua 3 ?-butirolactona 3.22 La arena de sílice y MAGCH EM 50, se mezclaron juntos, y luego se añadieron y mezclaron la resina, el agua y ?-butirolactona. La mezcla se introdujo a presión con la mano dentro de pepitas de 20 gramos, cada una de 2.540 y 1 .5875 centímetros de diámetro con un espesor de 0.9525 centímetros. El material era vibrante. La temperatura del aglutinante se incrementó de 24°C a 29°C. Los resultados del análisis de fuerza compresiva del aglutinante se resumen en la Tabla 3. Mezcla Refractaria K Arena de s ílice 200 MAGCH EM 50 1 Resina 1 8 Agua 4 ?-butirolactona 2. 1 5 La arena de sílice y MAGCHEM 50 , se mezclaron - e rfe ct am en t e ,-y4u e gcH a-Te srn ay -e1~a gn a~}ry- b u ti rota ctom a~ s e "arTarTíeron y mezclaron perfectamejiíe-P-or 5 minutos. — La tomporatwa-de— la mezcra~~se~ incrementó de 24°C a 26°C. El material era vibrante. La mezcla se introdujo a presión con la mano dentro de pepitas de 20 gramos, cada una de 2.540 y 1 .5875 centímetros de diámetro con un espesor de 0.9525 centímetros. Los resultados del análisis de fuerza compresiva del aglutinante se resumen en la Tabla 3. Tabla 3. Resu ltados de la Fuerza Compresiva para Mezclas Refractarias I- K Mezcla Refractaria / Tiempo / Temperatura Muestra Fuerza Compresiva, psi
1 / 3 horas / temperatura ambiente 1 193 2 212 3 374 1 / 24 horas / temperatura ambiente 1 396 2 403 3 646 4 552 1 / 1 hora, 45 min utos a temperatura ambiente, 1 3877 luego 1 hora, 1 5 minutos a 125°C 2 1 181 3 4060 J / 3 horas / temperatura ambiente 1 263 2 239 3 236 J / 72 horas / temperatura ambiente 1 323 2 250 3 632 J / 1 hora , 45 minutos a temperatura 1 31 36 ambiente, luego 1 hora, 15 minutos a 125°C 2 1 809 3 2424 4 21 71 K7 2 horas / temperatura ambiente 1 1 50 K / 3 horas / temperatura ambiente 1 1 57 2 75 3 80 K / 48 horas / a temperatura ambiente 1 270 K / 1 hora, 45 m inutos / 125°C 1 1 257 2 521 K / 1 hora, 1 5 minutos / 125°C 1 1428 2 1035 las Mezclas Refractarias L-Q. Se utilizó agregado de óxido de magnesio en estas mezclas. Los agregados de óxido de magnesio de diversos tamaños de partícula son conocidos en la técnica. Las unidades de los componentes de las Mezclas Refractarias L-Q se basan en el contenido de agregado de óxido de magnesio que se fijó en 400 partes y, entonces, todos los demás componentes se fijaron para partes por 400 de óxido de magnesio. Mezcla Refractaria L Óxido de magnesio MAGCHEM 50 Resina 1 Agua El óxido de magnesio (agregado) y MAGCHEM 50 se mezclaron por 2 minutos, luego la resina y el agua se añadieron y mezclaron por 3 minutos uniformemente. Se introdujeron con la mano muestras de 45 g dentro de pepitas que tenían un área de superficie de 2.07 cm2 (2.540 y 1 .5875 centímetros de diámetro). Los resultados de la fuerza compresiva de los aglutinantes se resumen en la Tabla 4. Mezcla Refractaria M Óxido de magnesio 400 MAGCHEM 50 2.4 Resina 1 24 Ag ua 16 E I jí>x ido de m agnesio (agregado) y_ MAGCHEM 50 — se mez€laron por 2 minutasr— k ego la res f^a^--e^-^gt^a-^e^ft ?^t re ^— y mezclaron por 5 minutos uniformemente. El material era vibrante. Se introdujeron con la mano muestras de 45 g dentro de pepitas. Los resultados de la fuerza compresiva de los aglutinantes se resumen en la Tabla 4. Mezcla Refractaria N Óxido de magnesio 400 MAGCH EM 50 1 .92 Resina 1 24 Agua 1 6 El óxido de magnesio (agregado) y MAGCHEM 50 se mezclaron por 5 minutos, luego la resina y el agua se añad ieron y mezclaron por 5 minutos. Inicialmente la mezcla estaba húmeda , luego se secó gradualmente. La mezcla del producto vibraba. Se introdujeron con la mano muestras de 45 g dentro de pepitas. Los resultados de la fuerza compresiva de los aglutinantes se resumen en la Tabla 4. Mezcla Refractaria P Óxido de magnesio 400 MAGCHEM 50 1 .92 Resina 1 24 Agua 1 0 El óxido de magnesio (agregado) y MAGCHE M 50 se mezclaron uniformemente por 5 minutos, luego la resina y el agua se añadieron y se mezclaron por 5 minutos. Se contuvo la aglomeración, lo que dio como {E -prodtiete-deH a-mezcla ora muy— fe atv ; — Se-mtrod ujeron co-n- a-roaacL muestras de 45 g dentro de pepitas. Los resultados de la fuerza compresiva de los aglutinantes se resumen en la Tabla 4. Mezcla Refractaria Q Óxido de magnesio 400 MAGCHEM 50 1 .28 Resina 1 16 Agua 10 El óxido de magnesio (agregado) y MAGCHEM 50 se mezclaron completamente, luego se añadieron la resina y el agua y se mezclaron por 5 minutos. La mezcla tenía la apariencia de arena húmeda. El producto de la mezcla era vibrante. Se introdujeron con la mano muestras de 45 g dentro de pepitas. Los resultados de la fuerza compresiva de los aglutinantes se resumen en la Tabla 4. Tabla 4. Resultados de la Fuerza Compresiva para Mezclas Refractarias L- Q Mezcla Refractaria / Tiempo / Temperatura Muestra Fuerza Compresiva, psi
L / 3 horas / temperatura ambiente 1 1229 2 1040 3 1028 L / 1 hora a temperatura ambiente, luego 1 1 1 2500 hora a 1 25°C 2 4466 3 2521 L / 24 horas / temperatura ambiente 1 1 268 2 875 3 1 1 57 M / 3 horas / temperatura ambiente 1 744 2 1 50 3 222 M / 1 hora a 1 25°C 1 2036 2 21 06 3 refractarias que comprenden resinas resola que contienen diferentes niveles de óxido de magnesio como un agente endurecedor. La técnica anterior enseña que la fuerza del aglutinante, utilizando resinas que tienen una proporción F/F en el rango de 1 : 1 a 1 :3, debe resultar en refractarias de fuerza similar. Los resultados de los experimentos descritos arriba, muestran resultados sorprendentes e inesperados en relación a la utilización de resinas resola que tienen una proporción F/F de 1 :2.0 a CgjL-CSfejfiJicia— a—a— Tabla— 2-¡— se— eempatan las fuerzas d¾" compresión de las refractarias preparadas utilizando resinas de proporciones F/F diferentes. La fuerza de compresión de las refractarias en el rango de proporciones F/F de alrededor de 1:1 a alrededor de 1:1.5 son sorprendentemente mas bajas que las fuerzas de compresión de las refractarias que contienen resinas que tienen una proporción F/F de entre alrededor de 1:2.0 y alrededor de 1:2.4. No se pudo medir de forma efectiva la fuerza de compresión para las proporciones F/F de 1:0.9 (Ejemplos E, H). Para la proporción F/F 1:1.5 (Ejemplo 5) se observaron fuerzas de compresión bajas, que varían de 6 psi después de 3 horas a temperatura ambiente a 114 psi, después de 22 horas a temperatura ambiente. En contraste, una proporción F/F preferente de 1:2.2 (Ejemplo F) suministró fuerzas de compresión en el rango de 242 psi, después d 3 horas a temperatura ambiente, a 363 psi después de 22 horas a temperatura ambiente, un incremento de ca. 4000% y 218%, respectivamente. Utilizando la proporción preferente F/F, mejoramientos inesperados en las fuerzas de compresión pueden estar en el rango de alrededor de 200 psi hasta >10,000 psi, como se describe en los ejemplos anteriormente mencionados. Se ha encontrado que las resinas que tienen una proporción F/F que varía de alrededor de 1:2.0 a alrededor de 1:2.4 son elementos críticos de la presente invención. Una proporción F/F preferente es 1:2.2 Se debe entender que para aquellos expertos en la técnica, serán evidentes diferentes cambios y modificaciones preferentes en las modalidades descritas aquí. jr^le^cambJ ^^_rjaodJ.fic cio ftacer sin apartarse del espíritu y ámbito de ta~~pTrerg¾rn te- invención y~sTn perder las ventajas presentes. Por consiguiente, se pretende que tales cambios y modificaciones se abarquen a través de las reivindicaciones anexas.