SE432248B - Magnesiakoltegel, forfarande for framstellning av ett magnesiakoltegel samt en anvendning - Google Patents

Description

7808371 ~ i; allmänhet ett bindemedel såsom beck, tjära eller liknande i blandningen av magnesiaklinker och kol. Dylika bindemedel av- ger emellertid en kraftig lukt, som utgör en olägenhet för operatören och/eller orsakar sprickor i operatörens hud, och som en följd härav kan blandningsoperationen icke utföras på ett effektivt sätt. " I syfte att eliminera de nackdelar som är förknippade med fram- ställningen av magnesiakoltegel medelst komventionella metoder har man föreslagit använgningen av fenolhartser som bindemedel i stället för de konventionella bindemedlen beck eller tjära.

Det har nu visat sig att om man sätter fenolharts av novolack- typ i flytande form till blandningen av magnesiaklinker och kol som bindemedel jämte ett lämpligt härdningsmedel man erhåller ett magnesiakoltegel som uppvisar utmärkta egenskaper vad be- träffar korrosionsbeständighet och sprickfasthet.

Fenolhartser indelas allmänt i fenolhartser av novolacktyp och fenolhartser av resoltyp, beroende på det använda framställ- ningsförfarandet. Det harts som utnyttjas som bindemedel enligt föreliggande uppfinning är ett fenolharts av novolacktyp. Fenol- hartser av resoltyp framställs genom att man bríngar fenol att reagera med formaldehyd i ett överskott i näravaro av en alka- lisk katalysator. Fenolhartset av resoltyp upplöses vanligtvis i ett lösningsmedel såsom vatten eller alkohol och uppvisar ut- märkta egenskaper som bindemedel för huvudkomponenterna i mag- nesiakoltegel. Om emellertid formaldehyd används som bindemedel 'utvecklar den kvarvarande oreagerade formaldehyden en kraftigt irriterande lukt vid framställning av en eldfast produkt som magnesiakoltegel, vilket innebär en stor olägenhet för opera- tören och därför gör det i huvudsak omöjligt att framställa en dylik eldfast produkt. Novolackfenolhartsbindemedlet framställs genom att man bríngar fenol i överskott att reagera med formal- dehyd i närvaro av en syrakatalysator.

Fenolharts av novolacktyp föreligger i allmänhet i form av en massa eller fina partiklar och följaktligen, om_fenolhartset 730837144 skall användas vid framställning av en eldfast produkt som bin- demedel för huvudkomponenterna i den eldfasta produkten, sätter man vanligtvis till fenolhartset ett lämpligt knâdningsaccelera- tionsmedel för att därmed göra den eldfasta blandningen gjutbar.

Dylika knådningsaccelerationsmedel utgörs vanligtvis av alkoho- ler, som har förmåga att upplösa fenolhartset däri. När denna typ av fenolharts emellertid blandas med huvudkomponenterna i den eldfasta produkt som skall erhållas och hartset och huvud- komponenterna knådas tillsammans på konventionellt sätt under tillsats av ovannämnda knådningsaccelerationsmedel, smälter emel- lertid det tillsatta fenolhartset vanligtvis icke helt under knådningssteget utan en väsentlig mängd av det tillsatta fenol- hartset förblir i form av fina partiklar och/eller en massa.

Denna typ av fenolharts har en skrymdensitet, som är väsentligt lägre än skrymdensiteten för huvudkomponenterna i den eldfasta produkten, såsom kol och magnesiaklinker, och som en följd här- av kommer fenolhartset, även om det används i en liten mängd i förhållande till övriga komponenter i den eldfasta blandningen, att uppta en förhållandevis väsentligt större volym än klinker- na och kolet. När således den på så sätt erhållna eldfasta pro- dukten används som foder för en ugn förkolas den del av fenol- hartset som har förblivit osmält i form av fina partiklar och/ eller en massa i den eldfasta produkten allteftersom temperatu- ren hos det eldfasta fodret stiger, och denna förkolning sker via cykeln mjukning - härdning - förångning - sönderdelning, och ca 40-50 % av den totala mängden använt fenolharts går förlorade under förkolningen. Som en följd härav bildas hålrum i det eld- fasta teglet motsvarande volymen av det förlorade fenolhartset, och således kommer vid praktisk drift av en ugn, som är fodrad med en dylik eldfast produkt, det eldfasta fodret att ha en syn- nerligen hög porositet. Eftersom närvaron av en dylik osmält fe- nolhartsdel i den eldfasta kompositionen orsakar en ojämn bind- ning mellan komponenterna i kompositionen krävs det att man i syfte att tillhandahålla önskad eller erforderlig hållfasthet hos den eldfasta produkten använder en väsentlig mängd av binde- medlet eller fenolhartset, vilket innebär att framställningen av den eldfasta produkten blir ofördelaktig ur ekonomisk synpunkt. 7338371 "lf I syfte att eliminera ovannämnda olägenheter och förbättra packningsdensiteten i den eldfasta kompositionen och hålla den eldfasta produktens porositet vid ett så lågt värde som möjligt under drift av ugnen, som är fodrad med en dylik eldfast produkt, går man så till väga enligt föreliggande uppfinning att man före tillsatsen av huvudkomponenterna i magnesiakolteglet upplöser novolackfenolhartset i ett lösningsmedel, som innefattar minst en förening tillhörande den klass som utgörs av glykoler, såsom etylenglykol, propylenglykol, dietylenglykol, polyetylenglykol eller en blandning därav, och glyceroler, varefter fenolhartset i upplöst tillstånd sätts till huvudkomponenterna i magnesiakol- teglet.

Lösningsmedel, som är kända att användas för upplösning av novo- lackfenolhartset, är envärda alkoholer såsom metylalkohol och etylalkohol, ovan angivna flervärda alkoholer, ketoner såsom dimetylketon och metylketon och estrar såsom etylcellosolvacetat och butylcellosolvacetat. Förutom de tvåvärda och trevärda alko- holer som med fördel används vid föreliggande uppfinning avger de övriga lösningsmedlen kraftig lukt och/eller har låga flam- punkter, vilket medför problem beträffande driftseffektivitet, miljöbetingelser och hantering, och följaktligen kan de övriga lösningsmedlen icke användas vid praktiskt utförande av förelig- gande uppfinning.

Novolackfenolhartser, som utgör de novolackfenollösningar som används vid föreliggande uppfinning, kan ha en godtycklig medel- molekylvikt men har företrädesvis medelmolekylvikter inom inter- vallet 300-600. Allteftersom medelmolekylvikten hos fenolhartset av novolacktyp ökar, stiger viskositeten hos den lösning som framställs av fenolhartset och minskar vätbarheten av lösningen med avseende på kol, vilket kan resultera i en otillfredställan- de blandning av komponenterna i magnesiakolteglet, inneslutning av en väsentlig mängd luft i tegelkompositionen, låg skrymdensi- tet och otillfredsställande densitet hos tegelkompositionen i gjutningssteget. Å andra sidan, om novolackfenolhartsets medel- molekylvikt sänks tenderar mängden oreagerad fenol i tegelkompo- sitionen att öka i motsvarande grad, och den kraftiga lukt som 7608371 'lr avges av en dylik oreagerad fenol innebär olägenhet för opera- tören.

Hartskoncentrationen i den enligt föreliggande uppfinning använ- da fenolhartslösningen är företrädesvis 40-80 %. Då hartskon- centrationen är under 40 % kan man icke uppnå önskad hållfast- het hos magnesiakolteglet. Om å andra sidan hartskoncentrationen överstiger 80 % och man utnyttjar ett eller flera av ovannämnda flervärda alkoholsystem kommer fenolhartsets viskositet att över- stiga 400 pois/25°C och därmed omöjliggöra sammanknådning av mag- nesiakoltegelkomponenterna och fenolhartset vid rumstemperatur.

I enlighet med föreliggande uppfinning krävs förutom ovannämnda novolackfenolhartslösning ett härdningsmedel, som har förmåga att hålla fenolhartset oupplöst och osmält under upphettningsbe- tingelser. De härdningsmedel som är användbara enligt föreliggan- de uppfinning innefattar paraformaldehyd, dioxan, trioxan och hexametylentetramin. Sistnämnda förening föredras, eftersom den- na förening icke medför några allvarligare problem ur miljö- och hanteringssynpunkt.

De huvudkomponenter som används enligt föreliggande uppfinning innefattar havsvattenmagnesiaklinker, sintermagnesiaklinker och annan magnesiaklinker som magnesiaklinkerkomponent, varvid man föredrar magnesiaklinker som innehåller över 90 vikt% MgO, räk- nat pâ klinkerns vikt. Om halten MgO är mindre än 90 % kommer i allmänhet det erhållna magnesiakolteglet att uppvisa otillfreds- ställande värden vad gäller korrosionsbeständighet, tryckhåll- fasthet och böjhållfasthet. Som kolkomponent, som utgör den and- ra av de två huvudkomponenterna i magnesiakoltegel, kan man an- vända skalgrafit, amorf grafit eller annat kolhaltigt material.

Blandningsförhållandet magnesiaklinker till kol är företrädes- vis 70-95:5-30. Om man utnyttjar ett blandningsförhållande där värdet för magnesiaklinker är under 70 och värdet för grafit är över 30, kan man icke erhålla ett magnesiakoltegel med ovannämn- da allmänna egenskaper och oxidationen av grafit accelereras i icke önskvärd grad. 'šêßêåfl wii Mängden novolackfenolharts, som används som bindemedel enligt föreliggande uppfinning, är 2-6 vikt%, räknat på den samman- lagda vikten av huvudkomponenterna såsom klinker och kol. Om novolackfenolhartset används i en mängd mindre än 2 vikt%, räk- nat pâ den sammanlagda vikten av klinker och kol, nedbringas kolets vätbarhet i sådan utsträckning att det är svårt att er- hålla det önskade magnesiakolteglet. Om å andra sidan mängden fenolhartslösning överstiger 6 % inträder det så kallade lami- neringsfenomenet, vilket även gör det svårt att erhålla det öns- kade magnesiakolteglet. Hexametylentetramin, som tillsätts som härdningsmedel, används företrädesvis i en mängd av 5-20 vikt%, räknat på vikten av novolackfenolhartset. Om härdningsmedlet används i en mängd understigande 5 vikt%, räknat på fenolhartset, blir polymerisationsgraden av komponenterna i det framställda magnesiakolteglet efter härdning otillfredsställande, och det erhållna teglet komer att uppvisa en otillfredsställande håll- fasthet. Om å andra sidan mängden härdningsmedel överstiger 20 vikt%, räknat på vikten av novolackfenolhartset, ökar porosite- ten i den erhållna eldfasta produkten eller magnesiakolteglet i icke önskvärd utsträckning.

Om vid ovan angivna framställning av magnesiakolteglet minst en förening, som tillhör den klass som utgörs av metallsilicid, ki- selkarbid och kiselnitrid, tillsätts som antioxidant eller anti- oxidanter till tegelkompositionen kommer det erhållna teglet att uppvisa antioxidationsverkningar. Och om man till tegelkomposi- nen sätter minst en förening, som tillhör den grupp som utgörs av_ natriumpyrofosfat, natriumhexametafosfat och magnesiumfosfat, kommer det erhållna teglets antioxidationsverkningar att ytter- ligare förbättras. Om de för tillsats till den eldfasta komposi- tionen avsedda antioxidanterna förblandas med novolackfenolhart- set kommer antioxidanten eller antioxidanterna att jämt fördelas i den erhållna eldfasta produkten. I syfte att understödja de antioxidationsverkningar som tillhandahålls av antioxidanten el- ler antioxidanterna är det föredraget att magnesiakolteglet täcks med ett metallöverdrag och andra oorganiska och organiska materi- al, som kan motstå temperaturer upp till 500-900°C. 7008371-4 Antioxidanter, som är användbara vid föreliggande uppfinning, innefattar (1) en antioxidant, som består av 10-30 vikt% gra- fitpartiklar mindre än 2 mm, 3-8 vikt% lera mindre än l mm, 3-8 vikt% natriumsilikatpartiklar N2-N4 och 5-15 vikt% flytan- de natriumsilikat N2-N4, varvid återstoden utgör basmassa, och (2) en antioxidant, som består av 100 viktdelar av en komposi- tion, som innefattar 10-30vikt% grafitpartiklar, 3-8 vikt% lera och 8-15 vikt% natriumsilikat N2-N4, varvid återstoden är basmassa, och 3-5 viktdelar vatten.

Uppfinningen åskådliggörs närmare medelst följande utförings- exempel.

Exemgel I tabell l nedan återges resultaten för försök, där verkan av olika novolackfenolhartslösningar som bindemedel utvärderades.

I vart och ett av exemplen i tabellen tillsattes hexametylen- tetramin i en mängd av 10 vikt%, räknat på det använda novo- lackfenolhartsets vikt. | f 'Têßâëw “å ÉJ äá q :Nä ää âá SJ SJ äå 3:5 , _ xmwmuomm umncwxm Q mfimd _ lxuou nwuum Q AHKV uwmwxwfiwwm w wm>m mm>m mm>m wm>m wm>m W ww>m wm>m mmummum wmuuwnM wmfiø _ ,|unww nuo wfimd W èšåp 3> 33 .1 , ^omm\wmono omm mm om om oom mm oom mm uwumwoxmm> 1 om om om om W mm om om om ^Nu&m>v .uøoxwuumm Hoxmmm W m + lømmmumhflom w fiššw .w Éëfiw Hššw Hoäflw w Hoxšw fiššm Honošm dšš ldmmhummn xdwmhum Honwuhmw Idmmæummn xdmmmum . lflmmmum lcwmæum lmhudmudm lmmmhum Hmmmämmfimfimmu « + H _ .uäâufiwp .N + mx? ä? ä? m q + Q? ä? ä? wfiømfi lmoflwu mfimm u lwuumsmodom om om om om om om om om om umuwuw om om om om om om om om om noxømmxmwmmu |wmE flmuufimm H m w m m n u m < Hwmamxm >oumHHouuuoM dmwømnømwwmn uwmmøm >oumHHouu:oM a AQHm .aflu OH Hawa: uooomfi wfl> w=flHw:«n~m ^~mv .EMU ON H«v=: uoomfi @fi> wnfiflfinmnwm ^Hmv 7006571 '-4 m~ qm wm mm wm MH oq qm ^ au\w«V pwßuwmwmfiwnfimm QMH Hmfl m«H m«H ßmfi ßw mwñ mmñ A au\w~v uu; |»mmwHHm=xu»pH m.~H w.~H ~.- ß.~H @.~H m.mfi >.~H w.NH ANV umuflm |ouom umnfimxw @m.~ «>.~ «>.~ m~,~ «>.~ m~.~ -.~ m~.~ u;«> lfimnxm xwuwummw oH.m «H.« <fl.m mH.m mH.m 9 mH.m ~H.m mH.m uzfi> xflw W. lwuwmm umndwßm w w. wfiflnfiømnwnmñuflmä om uwumo uwmmawnmwm ^~mv wfl qm mm Qm mm m ma mm mm ^ aU\wxv mw uøomqfl wH> TL w N fl uwfluwmwflämflfimm www m~m ämm wflm mmm mflw www M own Å au\wxv umfluwmm _ N W xflflmßxußfla M @.« m.m ß.m w.m Q.@ o.ß w,@ M ~.>> ÅNV uwuflm w |ouom umßdwxw. «@.~ ø~.~ H~.~ Hß.~ m~.~ H~.~ Hß.~ ~>.~ »»«> |a>~xm xfimfluwmm “Rfiâå-'H ”læ 10 Kontrollproverna A.och B avger kraftig lukt vid knådning och gjutning och är därför olämpliga ur miljösynpunkt. Kontroll- provet C har låg hartskoncentration och ger därför ett magne- siakoltegel eller eldfast produkt med otillräcklig hållfasthet.

Exemplen E-H enligt föreliggande uppfinning visar väsentligt lägre skenbara porositeter och utmärkta hållfasthetsegenskaper, jämfört med motsvarande egenskaper hos kontrollprovet I (eld- fast produkt) efter värmebehærüing. Dylika egenskaper hos exemp- len E-H enligt uppfinningen förlänar kolet utmärkt beständighet med avseende på oxidation, som utgör en av de allvarligaste olägenheterna med kolbundna eldfasta produkter, och exempf E-H visar tillfredsställande resultat vid infodring av ugnar.

I tabell 2 nedan återges resultaten för försök, som utfördes i syfte att bestämma verkan på den eldfasta produktens egenskaper vid användning av novolackfenolhartslösningen och härdningsmed- let i olika mängder.

L> l 7808371 -4 \\ m3 *NB wfl fi HD m2 ä ^Na3wš »Éummmflfimfifiwm än Hm än 02 m. Nä så ä fauäš uåäfififimnxoßå fiw mä 06 m6 Há in ïï Qv »wfiääm Hmfiöä :ñw äâ SJ åå .m ââ äå SJ å? šfiäâ ...wnøwä .ßæw wnfldxuou umumw uwmmxwøwmm I ~J+ i? NJ? i? ä? ä? ~á+ 10+ :fiääwuøwfißuwåwmm .ï ï .ï .ï ï T ~+ T Qv wfiøwfi lmuumflfl omm mxomfišoz 8 3 8 8 ON 3. 8 3. ufimä 8 å om 3 om S om om Hïøfiäfiwwnwma Erflfiw o m Q z z .H m w Håawxm N AAHMQH Têflïßåfl 'Å 12 Den eldfasta produkten (J).med en fenolhartskoncentration understigande den undre gränsen för det i huvudkravet angivna intervallet visar otillräcklig hållfasthet och den eldfasta produkten (M) med en fenolhartskoncentration överstigande den övre gränsen för det i huvudkravet angivna intervallet uppvisar lamineringsfenomen, som leder till sprickbildning och en för det avsedda ändamålet olämplig produkt. Av tabellen framgår vi- dare attflnängden använt härdningsmedel lämpligen ligger inom intervallet 5-20 vikt%, räknat på fenolhartsets vikt.

De eldfasta produkterna enligt föreliggande uppfinning kan ut- nyttjas vid fodring av härdarna, bottnarna och de koniska de- larna av konvertrar, av tak, väggar, bottnar och tappnings- rännor i elektriska ljusbågeugnar, av skänkar, av heta metall- blandningsugnar och av torpeder.

Claims (10)

'raoezw -4 'Fb Patentkrav

1. Magnesiakoltegel, k ä n n e t e c k n a t därav, att det innefattar en blandning av magnesiaklinker, som innehåller MgO i en mängd av över 90 vikt%, räknat på magnesiaklinkerns vikt, och kol i ett förhållande av från 70-95 till 5-30, ett novolack- fenolharts i en mängd av 2-6 vikt%, räknat på blandningens vikt och ett härdningsmedel i en mängd av 8-20 vikt%, räknat på novo- lackfenolhartsets vikt.

2. Förfarande för framställning av ett magnesiakoltegel enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att man blandar magne- siaklinker, som innehåller minst 90 vikt% MgO, räknat på magne- siaklinkerns vikt, och kol i ett förhållande av från 70-95 till 5-30, tillsätter 2-6 vikt% av en novolackfenolhartslösning, räk- nat på vikten av blandningen av magnesiaklinker och kol, och 8-20 vikt% av ett härdningsmedel, räknat på vikten av novolack- fenolhartset, till blandningen av magnesiaklinker och kol samt blandar, gjuter och torkar den erhållna blandningen.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t'e c k n a t därav, att magnesiaklinkern utgörs av havsvattenmagnesiaklinker, sintermag- nesiaklinker eller annan magnesiaklinker.

4. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att kolet utgörs av skalgrafit, amorf grafit eller annat kolhaltigt material.

5. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att novolackfenolhartset är upplöst i en eller flera tvåvärda och/el- ler trevärda alkoholer.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att den tvåvärda alkoholen utgörs av etylenglykol, propylenglykol, dietylenglykol eller polyetylenglykol och att den trevärda alko- holen är glycerol.

7. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att 7808371-'4

8. H _ härdningsmedlet innefattar paraformaldehyd, dioxan, trioxan el- ler hexametylentetramin. i 8. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att novolackfenolhartslösningen har en koncentration fenolharts av 40-80 %.

9. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att novolackfenolhartset har en medelmolekylvikt av 300-600.

10. Användning som eldfast tegel av magnesiakolteglet enligt krav 1, vilket tegel innefattar en blandning av magnesiaklinker, som innehåller MgO i en mängd av över 90 vikt%, räknat på magnesia- klinkerns vikt, och kol i ett förhållande från 70-95 till 5-30, ett novolackfenolharts i en mängd av 2-6 vikt%, räknat på bland- ningens vikt, och ett härdningsmedel i en mängd av 8-20 vikt%, räknat på novolackfenolhartset. '7808371-4 SAMMANDRAG Magnesiakoltegel innefattande en blandning av magnesiaklinker och kol, novolackfenolharts och ett härdningsmedel samt ett förfarande för framställning av magnesiakolteglet, vilket för- farande innebär att man blandar magnesiaklinker och kol, sätter novolackfenolharts och ett härdningsmedel till blandningen av magnesiaklinker och kol och blandar, gjuter och torkar den er- hållna blandningen.