Органические вещества вводятся в десятых и сотых долях процента от количества связующего с целью улучшения характеристики, например прочности огнеупорных материалов, при низких температурах или в восстановительной среде, придания материалам лучшей технологичности, а также приобретения материалами лучшей способности к сохранению требуемых свойств.

      Связующее является существенным компонентом массы, определяющим ее рабочие свойства и стойкость в службе. Для изготовления связующего применяют продукты, предварительно получаемые из каменноугольной смолы путем ее термической обработки [9, с. 158 - 160].

      Количество связующего, вводимого в массу, определяется рядом условий. Минимальный его предел должен обеспечить полоное покрытие смоляной пленкой поверхности зерен, образование связанной массы, обладающей достаточной пластичностью для прессования, а также придающей высокую прочность сырцу и футеровке после нагрева. Максимальный предел количества связующего определяется рабочими свойствами массы: при его повышении масса сильно комкуется, налипает на стенки формы и становится непригодной для прессования. Указанные требования к связующему определяются условиями смешения и прессования.

      В задачу связующего входит придание изготовленной смешением массе связности и пластичности, достаточных для прессования сырца при высоких удельных давлениях в горячем или холодном состоянии. При этом связующее должно достаточно хорошо смачивать зерна и по возможности глубоко проникать в поры зерен. Связующее должно хорошо затвердевать на холоду и благодаря этому придавать изделию высокую прочность. Важным свойством связующего является выполнение им защиты зерен от гидратации при хранении изделий в естественных условиях в помещении. Это требование удовлетворяется, если связующее покрывает всю поверхность зерен, само не содержит воды, удерживается на зернах при прессовании массы [3].

4 АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ КЛЕЯЩИХ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В МИРЕ

      Новолачные фенолоформальдегидные смолы (новолаки) представляют собой термопластичные фенольные смолы, получаемые поликонденсацией фенола с формальдегидом в присутствии кислотного катализатора. Новолачные смолы - стеклообразные вещества от светло-желтого до темно-красного цвета; мол. м. 500-900; плотность около 1,2 г/см³; содержат 0,5-7% свободного фенола; растворимы в спиртах, кетонах, сложных эфирах, фенолах, водных растворах щелочей [7, с. 250]. Выпускаются в виде кусков неправильной формы, чешуек, крошки или гранул от светло-желтого до темно-коричневого цвета. Формальдегидные смолы токсичны. При переработке твердых смол выделяются фенол, формальдегид, аммиак и пыль. В производстве шамотных огнеупоров в качестве основного связующего используется глина, многие предприятия, выпускающие этот вид огнеупоров, обладают собственной сырьевой базой [8, с. 469]. Условия рынка диктуют требования к определенной широте номенклатуры выпускаемой продукции, в связи с чем большинство предприятий используют несколько видов связующих в выпуске своих изделий.

      В зависимости от способа производства огнеупорных материалов используются различные типы связующих. В среднетемпературном процессе преимущественно используются низкомолекулярные новолачные фенолоформальдегидные смолы. В случае холодного смешения используются растворы резольных или новолачных фенолоформальдегидных смол. Кроме того, первоочередным факторов, определяющим выбор смолы, является тип огнеупора (периклазоуглеродистый, корундовый, доломитовый и пр.).

      Новолачные смолы (как в виде растворов, так и твердом виде в смеси с уротропином) используются в производстве формованных огнеупоров, таких как периклазоуглеродистые, корундовые, доломитовые, силикатные и другие кирпичи. В существенно меньшей степени новолачные ФФС используются в производстве неформованных огнеупоров. Помимо новолачных связующих также используются резольные смолы и жидкий бакелит [7, с. 251 - 253]. В зависимости от региона преимущественно используются различные типы связующих. В частности, в России традиционно используется порошковые смолы в комбинации с растворителем, в Западной Европе – комбинации жидких и порошковых смол.

      Необходимо отметить, что в производстве некоторых видов огнеупоров возможно использование других типов связующих. В частности, одной из первых и до сих пор используемых в производстве огнеупоров смол является каменноугольная смола. Фенольные смолы стали применяться в производстве огнеупоров в начале 70х годов, а с конца 80х и начале 90х годов ХХ века все чаще стали использоваться как альтернатива каменноугольной смоле, содержащей полициклический ароматический углеводород (ПАУ), который является канцерогенным веществом. Полная замена каменноугольной смолы на фенольные смолы произошла в Великобритании, где был введен строгий запрет на ее использование. В результате этого сейчас в Великобритании отсутствует производство огнеупоров на основе каменноугольной смолы.

      Фенольные смолы также являются токсичным материалом и не могут быть полной альтернативой другим типам связующих и с той точки зрения, что многие производители работают над разработкой новых видов связующих. Основная проблема их использования заключается в том, что в условии высоких температур, при которых эксплуатируются огнеупоры, выделение токсичных веществ происходит с повышенной интенсивностью, что снижает привлекательность их использования в данной отрасли промышленности.

      Разработки новых типов связующих в Западной Европе ведутся в различных направлениях. Еще несколько лет назад Rutgers Chemical AG - дочерняя компания Hexion - выпустила два новых связующих для производства огнеупоров, идущих под марками « CarboresTM» и «RauxolitTM». Данные связующие являются модифицированной каменноугольной смолой. Согласно данным компании Hexion, «CarboresTM» и «RauxolitTM» являются менее опасными для здоровья человека и окружающей среды, чем традиционная каменноугольная смола и стоят меньше чем фенольные смолы. Есть указания на то, что подобные разработки ведутся и в других компаниях [3].

      Микрокристаллические воски и восковые эмульсии. Данный вид веществ имеет растительное происхождение или же является продуктом переработки нефти. Они широко используются в качестве связок и смазочных веществ при моделировании в процессе сухого прессования, а также при экструзии сложных в обработке смесей. При выборе этих связок следует руководствоваться их действием во время сгущения расплавленного вещества, следует также принимать во внимание температуру плавления воска, и охлаждать в случае необходимости смесь [6, с. 123-124].

      Применяется белгородская технология - на основе шамотного и динасового боя приготавливается вяжущая суспензия, из которой далее изготавливается новый материал с весьма интересными свойствами. Во-первых, из этой суспензии можно получать стеновой материал общестроительного назначения (кирпич, стеновые блоки). Часть измельчаемых отходов используется в качестве заполнителя, часть при помощи мокрого помола превращается в кашицеобразную суспензию. При этом преимущество суспензий состоит в том, что они обеспечивают возможность применения безобжиговой технологии. Максимальная температура тепловой обработки сырья составляет 120 ⁰С. В процессе эксплуатации материал, который имел технологическую прочность, необходимую для того, чтобы его можно было транспортировать, испытывает воздействие температуры 800 ⁰С, при этом в несколько раз возрастает его прочность и снижается пористость. Еще одно преимущество суспензии - нечувствительность к замерзанию и оттаиванию, что весьма важно при ее транспортировке. Необходимо лишь следить за тем, чтобы она не высыхала - в этом случае нарушается необходимое консистентное равновесие смеси. Формовочная (сырцовая) прочность шамота такая же, как и у традиционного цементно-песчаного бетона. Масса для приготовления огнеупоров активна и быстро твердеет при температуре 60 ⁰С [1].

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

      В данной работе исследована возможность замены стандартных клеящих добавок, завозимых в Украину из-за рубежа, на жидкую фазу солодовой дробины-отхода производства пива, на суперпластификатор «ДОФЕН», а также на полимеры бензольных отделений коксохимического завода. Кроме того, для сравнения приведены результаты испытаний с применением в качестве клеящей добавки воды.

      Исследования проводились с лигносульфонатом техническим (жидкость с плотностью 1170 кг/м³); с модификацией сульфитно-дрожжевой бражки – жидкость КБЖ с плотностью 1170 кг/м³; с жидкой фазой солодовой дробины - отходом производства пива – жидкость серовато-желтого цвета с плотностью 1105 кг/м³; с суперпластификатором «Дофен», который производится фенольным заводом в Донецкой области. Пластификатор получается на основе продуктов концентрации сульфокислот нафталина, его производных и аналогов с формальдегидом. Суперпластификатор «Дофен» представляет собой жидкость темно-коричневого цвета (допускается осадок), плотность 1,15-1,20 кг/см³, пожаро- и взрывобезопасен. В качестве клеящей добавки использовались также полимеры бензольных отделений, представляющие собой продукт регенерации каменноугольного поглотительного масла. Полимеры бензольных отделений представляют собой вязкую жидкость черного цвета с плотностью 1150 кг/м³.

      Исследования проводились на шамотных образцах. Шихтовой состав составлял 30% глины, 70% шамота и 4% сверх массы клеящей добавки. Масса увлажнялась глинистым шликером до 6% конечной влажности. Для приготовления массы брали 30% шамота фракции 0,2 см, 35% шамота фракции 1 см и 35 % шамота фракции 2 см от 70% общей массы шамота. Для приготовления шликера необходимое количество клеящей добавки с недостающим количеством воды загружали в мешалку, куда затем мелкими порциями всыпали 6% глины (от 30%). Готовый шликер смешивали с мелкой фракцией шамота в фарфоровой ступке, куда добавляли остальную глину и после смешения добавляли оставшуюся часть шамота фракции 1 и 2 см во избежание намола крупной фракции шамота.

                                                                                                

Рисунок 1 - Приготовление шамотных образцов
(Анимированный рисунок. Кадров 11 , количество повторений 5, размер 100КВ, сделано в Gif Animator )

      Смесь растирали до тех пор, пока белые зерна шамота не были покрыты глинистой пленкой, т. е. пока масса не приобрела однородный серый цвет. После приготовления массы готовили навески по 50 г на технических весах и прессовали на гидравлическом прессе с усилием 90 МПа. Спрессованные образцы взвешивали на технических весах и оставляли на предварительную сушку на стеллаже в течении суток. После предварительной сушки образцы снова взвешивали на технических весах и помещали в сушильный шкаф на сушку при температуре 120 ⁰C в течение 5 часов. Затем температуру повышали до 200 ⁰C и выдерживали образцы в течение 3 часов. Затем высушенные образцы снова взвешивали на технических весах подвергали испытанию на механическую прочность. Полученные средние данные значений механической прочности по 6-ти параллельным образцам для вышеуказанных возможных клеящих добавок приведены в таблице.

Таблица – Значения механической прочности, МПа

Клеящая добавка
	Номер образца	Площадь поперечного сечения, см2	Разрушающая нагрузка, кгс	Прочность на сжатие, МПа
ЛСТ	1	8,7	1187,5	13,65
-	2	9	1187,5	13,2
-	3	9	1062,5	11,81
-	4	8,5	937,5	10,6
СДБ	1	8,7	2125	24,43
-	2	8,7	2250	25,86
-	3	8,7	2125	24,43
-	4	8,4	1937,5	23,07
-	5	8,7	1437,5	16,52
-	6	8,7	2187,5	25,14
Вода	1	8,1	1000	12,35
-	2	8,85	1000	11,3
-	3	8,7	875	10,06
-	4	8,7	875	10,06
-	5	8,7	937,5	10,08
-	6	8,7	937,5	11,00
Солодовая дробина	1	8,7	1625	1868
-	2	8,55	1562,5	18,28
-	3	8,25	1750	21,21
-	4	8,85	16,25	18,36
-	5	7,95	1625	20,44
-	6	8,98	2312,5	25,8
Полимеры бензольного отделения	1	9,12	937,5	10,3
-	2	9,1	1250	13,8
-	3	9,04	1312,5	14,5
-	4	9,81	1187,5	12,1
-	5	9,03	1375	15,2
-	6	9,1	1250	13,8
«Дофен»	1	8,86	2625	29,6
-	2	9,65	2125	22,00
-	3	8,89	2375	26,7
-	4	8,9	2437,5	27,4
-	5	8,87	2525	29,6
-	6	8,98	2312,5	25,8

ВЫВОДЫ

- использование полимеров бензольного отделения и воды (последняя в настоящее время находит применение в огнеупорном производстве) в качестве клеящей добавки нежелательно;

- в качестве клеящей добавки, кроме традиционной спиртово-дрожжевой бражки, могут быть использованы солодовая дробина – отход производства пива, а также суперпластификатор «Дофен» - олигомерный продукт на основе сульфокислот нафталина и бензилтиофена, который получается на основе продуктов концентрации сульфокислот нафталина, его производных и аналогов с формальдегидом [10, с. 53 - 54].

ЛИТЕРАТУРА

1. Золотов С. «Импортозамещающее местное сырье из отходов - шамотные и динасовые огнеупоры из водных суспензий». - М.: Нестор.
   http://www.nestor.minsk.by/sn/1997/38/sn73808.htm
2. Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков. «Сырье и связывающие материалы для производства огнеупоров».
   http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=4093&cat_id=&page_id=1
3. Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков. «Сырье и связывающие материалы для производства огнеупоров».
   http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=4093&cat_id=&page_id=2
4. Кайнарский И. С., Дегтярева Э. В. Основные огнеупоры. – М.: Металлургия, 1974. – 368 с.
5. Никитин Н. И. ЛИГНОСУЛЬФОНАТЫ. - М.-Л.: Химия древесины и целлюлозы, 1962. - 264 с.
6. Карклит А. К. Производство огнеупоров. – М.: Металлургия, 1981. - 368 c.
7. Цибин П. Огнеупоры – исследование и производство. – М.: Металлургия, 1983. - 448 c.
8. Мамыкин П. С. Огнеупорные изделия. – С.: Металлургия, 1955. - 480 c.
9. Ротенберг Г. Б. Огнеупорные материалы. – М.: Металлургия, 1980. – 344 с.
10. Панасенко А. И., Медведева Ю. Г.. - «Исследование возможности применения новых клеящих добавок в огнеупорах» VIII Всеукраїнська наукова конференція аспірантів та студентів «Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів» ( Збірник доповідей, ДонНТУ 2009. - 53 - 54 с.).

Главная страница ДонНТУ

Портал магистров ДонНТУ

Автобиография

Отчет о поиске

Автореферат

Электронная библиотека

Ссылки

Искусство фотографии

© ДонНТУ Медведева Ю.Г.