【Streszczenie】 Żywica fenolowa jest ważnym spoiwem materiałów ogniotrwałych. W porównaniu z asfaltem, żywica fenolowa ma dobre właściwości zwilżania materiałów ogniotrwałych i grafitu, wysoką zawartość węgla resztkowego, dobrą przyczepność i można ją mieszać i formować w temperaturze pokojowej. Zielone nadwozie ma zalety dużej wytrzymałości, niskiej zawartości szkodliwych substancji i może poprawić środowisko pracy. Jest szeroko stosowany jako spoiwo do materiałów ogniotrwałych zawierających węgiel. Artykuł rozpoczyna się od żywicy fenolowej, analizuje i omawia zastosowanie żywicy fenolowej w cegłach magnezytowo-węglowych, cegłach aluminiowo-węglowych i innych materiałach ogniotrwałych w kształcie kompozytów węglowych, a także w suchych materiałach kadzi pośrednich, bezwodnym szlamie wielkopiecowym i innych amorficznych materiałach ogniotrwałych.
Badania nad żywicą fenolową stosowaną w materiałach ogniotrwałych koncentrują się głównie na modyfikacji żywicy. Wśród nich głównym trendem przyszłych badań jest wykorzystanie reakcji katalitycznych w celu poprawy struktury i wydajności resztkowego węgla żywicy. Spoiwo jest nieodzownym składnikiem materiałów ogniotrwałych, pełni rolę spajania razem cząstek materiału ogniotrwałego i proszku. Synteza nowego typu sieci przenikających się wysokowydajnych żywic fenolowych to kolejny trend w przyszłych badaniach. Metoda ta skupia się głównie na zmianie struktury samej żywicy tak, aby po utwardzeniu miała bardziej złożoną strukturę sieciową niż zwykła żywica fenolowa. Poprawić wytrzymałość wypalania w niskich temperaturach i wytrzymałość materiału w średniej temperaturze, jednocześnie zmniejszając ilość fenolu i zmniejszając koszt żywicy fenolowej.
1 Żywica fenolowa
Żywice fenolowe (żywice fenolowe) to duża klasa żywic syntetycznych otrzymywanych w wyniku polikondensacji związków fenolowych i aldehydowych. Stosowanym związkiem aldehydowym jest głównie formaldehyd, a powszechnie stosowane są inne aldehydy, takie jak aldehyd octowy, formaldehyd, furfural lub mieszanina kilku aldehydów. Żywica fenolowa' unikalna struktura chemiczna i makrocząsteczkowa usieciowana struktura sieci nadają jej doskonałe właściwości, takie jak doskonała przyczepność, doskonała odporność na ciepło, wyjątkowa odporność na ablację i dobra ognioodporność. Dlatego żywice fenolowe są szeroko stosowane w tworzywach sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym, materiałach do formowania, klejach, materiałach termoizolacyjnych i elektrycznych, powłokach itp.
Żywice fenolowe można podzielić na dwa rodzaje: termoutwardzalne żywice fenolowe i nowolakowe żywice fenolowe ze względu na ich strukturę i kształt grzewczy. Termoutwardzalna żywica fenolowa jest wytwarzana przy użyciu alkaliów, takich jak wodorotlenek potasu, wodorotlenek sodu, wodorotlenek baru lub wodorotlenek wapnia jako katalizator, przy stosunku molowym formaldehyd / fenol GG> 1, kontrolowaniu pH GG> 7 i poddaniu reakcji okres czasu w określonej temperaturze. Żywica zawierająca reaktywne grupy metylolowe, które można poddawać dalszej reakcji. Termoplastyczna żywica fenolowa jest zwykle nazywana żywicą nowolakową lub nowolakową. Jest to żywica fenolowa wytwarzana w reakcji formaldehydu (F) i nadmiaru fenolu (P) pod działaniem kwaśnych katalizatorów, takich jak kwas szczawiowy, solny, siarkowy i mrówkowy, wśród których stosunek moli (F / P)=0,6-0,9). Niezależnie od tego, czy jest to żywica termoutwardzalna czy termoplastyczna, ostatecznie utwardzona struktura jest taka sama, czyli trójwymiarowa struktura sieciowa. Węgiel resztkowy uzyskany w wyniku karbonizacji żywicy w wysokiej temperaturze jest ważną strukturą, która wspomaga pracę materiałów ogniotrwałych i zapewnia ich żywotność.
2Zastosowanie żywicy fenolowej w materiałach ogniotrwałych w kształcie kompozytu węglowego
Obecnie w związku z rozwojem hutnictwa metali, zwłaszcza hutnictwa żelaza i stali, znacznie wzrosło zapotrzebowanie na materiały ogniotrwałe, co skutkuje wzrostem zastosowania żywicy fenolowej w przemyśle ogniotrwałym. Materiały ogniotrwałe są szeroko stosowane w przemyśle metalurgicznym, cementowym i ceramicznym. Spoiwo jest nieodzownym składnikiem przy produkcji materiałów ogniotrwałych i odgrywa rolę w wiązaniu razem cząstek ogniotrwałych i proszku. Ponadto w praktyce produkcji materiałów ogniotrwałych ludzie zdają sobie sprawę, że jakość i stabilność żywic fenolowych jest jednym z głównych czynników wpływających na właściwości materiałów ogniotrwałych zawierających węgiel, a znaczenie żywic fenolowych staje się coraz bardziej widoczne.
2.1 Zastosowanie w cegle magnezytowej
Cegła magnezowo-węglowa to wysokotemperaturowy kompozytowy materiał węglowy wypalany stopioną magnezją, grafitem i spoiwem. Ma stosunkowo długą żywotność, a wiek pieca może sięgać ponad 1600 pieców. Dlatego w ostatnich latach osiągnął szybki rozwój. Cegły magnezowe węglowe są szeroko stosowane w hutnictwie żelaza i stali, głównie ze względu na ich dobre właściwości, ale właściwości spoiwa żywicy fenolowej mogą wpływać na działanie cegieł magnezytowych. Żywica fenolowa stosowana do cegieł magnezytowych powinna charakteryzować się wysoką zawartością części stałych, niską względną masą cząsteczkową, wysoką zawartością węgla resztkowego i niską zawartością wody.
Badając związek między różnymi właściwościami żywicy a jej stosunkiem surowca i procesem syntezy, można wyciągnąć wniosek, że najlepszy stosunek surowca żywicy fenolowej do syntezy cegieł magnezytowych wynosi m (F) / m (P)=1,0 ~ 1,3; katalizator to w (NaOH)=50% roztwór NaOH, dodana ilość to 1% ~ 1,5% masy fenolu; najlepszy proces syntezy to: najpierw reagować w temperaturze 60 ~ 70 ℃ przez 1 godzinę, a następnie podgrzać do 80 ~ 90 ℃ przez 1 ~ 2 godziny. Żywica fenolowa syntetyzowana przy najlepszym stosunku surowca i warunkach procesu ma względną masę cząsteczkową 300 ~ 400, lepkość 15 ~ 20Pa · s, zawartość ciał stałych 77,0% ~ 82,0% (wag.) I resztkową zawartość węgla 43,0% ~ 49,0% (w), co może spełniać wymagania dotyczące wydajności żywicy fenolowej dla cegieł magnezytowych.
Ponieważ właściwości cegieł magnezytowych zależą w dużym stopniu od struktury węglowej utworzonej przez układ wiążący, piroliza żywicy fenolowej tworzy nieuporządkowaną, kruchą, jednorodną strukturę szkło-węgiel, która jest bardzo wrażliwa na utlenianie i naprężenia, dlatego też cegły magnezytowe są często łączone z innymi spoiwami, takimi jak asfalt, w celu poprawy odporności na utlenianie i właściwości mechanicznych.
2.2 Zastosowanie w cegle aluminiowo-węglowej
Cegły aluminiowo-węglowe są wykonane z grafitu i korundu jako surowców, a do mieszalnika dodaje się pewną ilość spoiwa i dodatków i prasuje. Ponieważ Al2O3 i C nie ulegają reakcji w fazie stałej w temperaturze wypalania produktu, siła wiązania cegieł aluminiowo-węglowych pochodzi głównie z dodatków i spoiw. Żywica fenolowa jest szeroko stosowana w cegłach aluminiowo-węglowych ze względu na swoje doskonałe właściwości. Obecnie materiały ogniotrwałe aluminiowo-węglowe szeroko wykorzystują żywicę fenolową jako spoiwo. Zasada spajania polega głównie na poprawie siły wiązania pomiędzy środkiem wiążącym a materiałem poprzez sieciowanie segmentów molekularnych żywicy fenolowej podczas procesu utwardzania w celu utworzenia struktury sieciowej.
3 Zastosowanie żywicy fenolowej w niekształtnych materiałach ogniotrwałych
Żywica fenolowa jest stosowana głównie jako spoiwo w kształtowanych produktach ogniotrwałych zawierających węgiel. W ostatnich latach jego zakres zastosowań jest stale rozszerzany i jest stosowany jako spoiwo w niekształtnych materiałach ogniotrwałych.
3.1 Aplikacja w bezwodnym szlamie wielkopiecowym
W porównaniu z innymi niekształtowanymi materiałami ogniotrwałymi żywica fenolowa jest najpowszechniej stosowana w glinie strzelniczej. Wczesne błoto strzelnicze było używane jako spoiwo, głównie przy użyciu smoły i smoły, ale w trakcie stosowania pak smołowy wytwarzał substancje rakotwórcze i czarny dym, co powodowało duże szkody dla środowiska, a także było trudne do spiekania i powolnego utwardzania. . Jako spoiwo dla bezwodnego szlamu, żywica fenolowa nie tylko zapobiega problemowi zanieczyszczenia powodowanego przez smołę jako spoiwo, ale także poprawia odporność na korozję, spiekalność i odporność na zużycie szlamu.
3.2 Aplikacja w kadzi pośredniej w suchych materiałach
Zastosowań suchych materiałów kadzi pośrednich jest coraz więcej. Najpowszechniej stosowanym spoiwem w kadziach kadziowych w kraju i za granicą jest żywica fenolowa, która ma dobre właściwości konstrukcyjne i użytkowe. Jednak żywica fenolowa ma wady polegające na zwiększaniu zawartości węgla i uwodornieniu stopionej stali, wysokim koszcie i niskiej wytrzymałości w średnich i wysokich temperaturach, co znacznie utrudnia w pewnym stopniu stosowanie żywicy fenolowej w suchych kadziach.
Ogólnie rzecz biorąc, w tym artykule przeanalizowano zastosowanie żywicy fenolowej w różnych rodzajach materiałów ogniotrwałych, takich jak cegły węglowe magnezytowe, cegły węglowo-aluminiowe, suche materiały kadzi pośredniej i bezwodny szlam z pistoletu wielkopiecowego. Jako najwcześniejsza żywica syntetyczna, żywica fenolowa ma zalety termoutwardzania, wysokiej wytrzymałości na sucho i wysokiej wytrzymałości na wysokie temperatury i jest szeroko stosowana. Stosowany jest jako lepsze spoiwo w dziedzinie materiałów ogniotrwałych do wytwarzania materiałów ogniotrwałych z kompozytów węglowych. Jednak żywica fenolowa ma dwie główne wady: wysoki koszt, a jej węgiel drzewny do pirolizy to węgiel szklany, co w pewnym stopniu wpływa na jej zastosowanie w materiałach ogniotrwałych.
