TW201538453A - 耐火性陶瓷批料、此種批料之用途及冶金熔融容器 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種用於生產未成形耐火性陶瓷批料之耐火性陶瓷批料、此種批料用於加襯(lining)冶金熔融容器之用途，亦有關於一種以此種批料為主之未成形耐火性陶瓷產品加襯的冶金熔融容器。

Description

耐火性陶瓷批料、此種批料之用途及冶金熔融容器
本發明係有關於一種用於生產未成形耐火性陶瓷產品之耐火性陶瓷批料、此種批料於加襯(lining)冶金熔融容器之用途，亦有關於一種以此種批料為主之未成形耐火性陶瓷產品加襯的冶金熔融容器。
一耐火性陶瓷批料意指由一或多數組分構成之一混合物是習知的，透過該混合物可藉由陶瓷燒成製造一耐火性陶瓷產品。在本發明之意義內之用語“耐火性陶瓷產品”特別意指具有超過600℃之一工作溫度之陶瓷產品及較佳地係依據DIN 51060之耐火性材料，換言之，具有一示溫熔錐當量>SK 17之材料。該示溫熔錐當量可特別係依據DIN EN 993-12測定。
耐火性陶瓷產品特別地呈未成形耐火性陶瓷產品之形態亦是習知的，即所謂“耐火性物料(refractory mass)”。
耐火性物料亦特別被用以加襯於冶金熔融容器。
用以加襯或塗布冶金熔融容器之物料，特別地呈所謂爐床構成或爐床修理物料之形態是習知的，且該等爐床構成或爐床修理物料，被用於此種熔融容器之耐火性內襯或者另用以修理此種熔融容器之內襯。
用於冶金熔融容器之爐床構成或爐床修理物料，通常由富含鐵及白堊之天然鎂土(magnesia)製成，例如由高山鎂土(alpine magnesia)製成。因為此種富含鐵及白堊之鎂土即使在非常低溫度下亦會形成鐵酸二鈣(2 CaO．Fe2O3；Ca2Fe2O5)，故此種富含鐵及白堊之鎂土宜用以製造一爐床構成或爐床修理物料。即使在非常低溫度下，該鐵酸二鈣亦會於面向該冶金熔融容器之內部空間的該爐床構成或爐床修理物料之表面上形成一熔融相。依此方式，位在熔融相下方之物料及以該物料塗布之冶金熔融容器之區域受金屬熔融物保護而不被攻擊，直到該物料在較高溫度下形成一金屬熔融物幾乎無法貫穿的緻密燒結層為止。
但是，在許多情形中無法取得此種富含鐵及白堊之天然鎂土。在該等情形下，需要生產富含鐵及白堊之合成鎂土在所屬技術領域中是習知的。為了生產此種富含鐵及白堊之合成鎂土，預混合含鐵量低之菱鎂礦、白雲石及一氧化鐵載體，例如輥軋鋼皮，而形成多數團塊且接著在一旋轉爐中以一高溫燃燒，其中除了合成鎂土以外，亦特別形成鐵酸二鈣，而這對於如上所述地由該鎂土製成之該物料的操作具有決定性之重要性。
但是，生產此種富含鐵及白堊之合成鎂土的一缺點是，例如，因為該爐會被用以製造該合成鎂土之原料污染，故該鎂土必須在其自身專用的旋轉爐中被燃燒。例如，因為爐會被用以製造該富含鐵及白堊之合成鎂土的原料污染，故低鐵及白堊含量之天然鎂土不可在此種爐中被燃燒。
此外，由包含經燒結鎂土、經鍛燒白雲石(burnt dolomite)，如果需要，及氧化鐵載體之一批料製造爐床構成或爐床修理物料是習知的。但是，經煅燒白雲石具有強烈之水合傾向，這表示包含此種經煅燒白雲石之一批料只具有一有限保存期限。
本發明所處理之問題是提供一以低鐵含量之鎂土為主之耐火性陶瓷批料，製造一耐火性物料，該耐火性物料與以富含鐵及白堊之天然鎂土產製之物料具有實質相同的性質。本發明所處理之另一問題是提供一以低鐵含量之鎂土為主之批料，製造一物料，該物料即使在非常低溫下亦可形成一熔融層。由本發明所處理之又一問題是提供一以低鐵含量之鎂土為主之批料，製造一物料，該物料即使在非常低溫下亦可形成一熔融物，且在較高溫度下形成一緻密燒結層。由本發明所處理之再一問題是提供一以低鐵含量之鎂土為主之此種批料，製造用以加襯一冶金熔融容器之一物料，該物料在低溫下形成一熔融物，且在高溫下形成一緻密燒結層。由本發明所處理之另一問題是提供一以低鐵含量之鎂土為主之此種批料，以製造一物料， 且該物料具有一良好保存期限。
為解決這些問題，依據本發明提供一種耐火性陶瓷批料，用於製造一未成形耐火性陶瓷產品，該耐火性陶瓷批料包含以下原料：一或多種低鐵含量以鎂土為主之原料，其具有一在66至94質量%之範圍中之分率；一或多種以碳酸鈣為主之原料，其具有一在5至30質量%之範圍中之分率；鐵粉末，其具有一在1至6質量%之範圍中之分率。
令人驚訝地，依據本發明已顯現可藉由一耐火性陶瓷批料製造一未成形耐火性陶瓷產品，換言之即一物料，該耐火性陶瓷批料包含前段所述原料，而前述原料具有與以富含鐵及白堊之天然鎂土製成之物料實質相同的性質。
依據本發明已令人驚訝地顯現，於依據本發明之批料中，將鐵粉末與以碳酸鈣為主之原料組合使用使得在由大約1000至1200℃之溫度下形成鐵酸二鈣，其於該物料之表面上產生一熔融層。依此方式，於該物料在較高溫度形成一緻密燒結單體之前，該物料可被保護而不被爐氣體環境或已位在該等低溫下之爐中之任一金屬熔融物破 壞。依據本發明已顯現在這情形中鐵粉末與以碳酸鈣為主之原料之反應，明顯地優於鐵粉與以氧化鐵為主之原料之反應，因此確保產生鐵酸二鈣以保護該物料。
依據本發明已發現依據本發明之批料之鐵粉末由大約600℃反應以產生氧化亞鐵(II)(FeO)。由大約1000℃，特別在一氧化氣體環境中，由該氧化亞鐵(II)或鐵粉末形成氧化鐵(III)(Fe2O3)。此外，以碳酸鈣為主之原料中的碳酸鈣最後在這些溫度煆燒，使得在以碳酸鈣為主之原料中的碳酸鈣形成氧化鈣(CaO)。該氧化亞鐵(II)與在以鎂土為主之原料中的鎂土反應以產生鐵酸鎂(magnesia ferrite)，而該氧化鐵(III)特別地與該氧化鈣反應而由大約1000℃產生鐵酸二鈣。在這情形中，在一更強還原氣體環境中形成一較大量之鐵酸鎂，而在一更強氧化氣體環境中形成更多鐵酸二鈣。由一大約1200℃之溫度，該鐵酸二鈣在該物料之表面上形成一熔融相，而該熔融相保護尚未緻密燒結之位在熔融相下方的物料不受該爐氣體環境或已存在該冶金熔融容器中之任何金屬熔融物的攻擊。在較高溫度，特別是在由大約1400℃至1600℃之溫度，換言之，在冶金熔融容器中之物料的例行應用溫度，該物料形成一緻密燒結耐火性陶瓷整體料體(monolithic body)，且，特別地，該緻密燒結耐火性陶瓷整體料體包含方鎂石(MgO)、方鐵礦((Mg、Fe)O)及CaO相。
依據本發明之批料的另一優點是它具有獨特之穩定相，使得該批料具有一非常好之保存期限。
依據本發明可特別提供的是，依Fe2O3及其相對於該低鐵含量原料之總質量計算，該低鐵含量以鎂土為主之原料中的鐵分率係低於1.5質量%，因此例如亦低於1.4質量%，1.3質量%，1.2質量%，1.1質量%，1.0質量%或0.9質量%。這些數值係與低鐵含量原料之總質量相關，使得當使用低鐵含量之不同以鎂土為主之原料時，只要該低鐵含量以鎂土為主之原料的總質量在前述鐵分率以下，這些原料中之各個原料亦可具有，必要時，超過前述數值之一鐵分率。
因此同樣之情形可應用於在該低鐵含量以鎂土為主之原料中的鈣分率。在這情形中，依CaO及其相對於該低鐵含量原料之總質量所計算的鈣可低於例如5質量%，因此如亦低於4、3或2質量%。
除了鐵(Fe2O3)及CaO以外，以鎂土為主之原料可例如包含以下組分中之至少一組分：Al2O3(宜低於1或0.5質量%)、SiO2(宜低於5、4、3、2、1質量%)或Ba2O3(宜低於0.5或0.4質量%、0.3質量%、0.2質量%或0.1質量%)。
又相對於該低鐵含量原料之總質量，在該低鐵含量以鎂土為主之原料中的鎂土(MgO)分率宜高於90質量%，因此例如亦高於91、92、93、94、95、96、97或98質量%。
除非在個別情形中另外表示，否則在此在各情形中以質量%提供之數值係與依據本發明之耐火性陶瓷批料之總質量相關。
該低鐵含量以鎂土為主之原料，例如，可以以下原料中之至少一原料之形態存在：熔融的鎂土或經燒結鎂土。
該以鎂土為主之原料或該等以鎂土為主之原料可以在66至94質量%內之一分率，因此例如亦以至少68、70、72、73、74、75或76質量%之一分率且，例如，以最大93、92、91、90、89或88質量%之一分率存在該批料中。
可較佳地提供的是該低鐵含量以鎂土為主之原料具有一最大10mm，特別是例如最大9、8、7、6或5mm之粒度。
在依據本發明之批料中之以碳酸鈣為主的原料可，例如，以下原料中之至少一原料之形態存在：石灰石、大理石或白雲石。
可較佳地，相對於該等以碳酸鈣為主之材料的總質量，提供在該等以碳酸鈣為主之材料中之碳酸鈣分率係高於90質量%，因此例如亦高於91、92、93、94、95、96、97、98或99質量%。例如，提供該等以碳酸鈣為主之原料以石灰石之形態單獨地存在。
該以碳酸鈣為主之原料或該等以碳酸鈣為主之原料可以在5至30質量%之範圍內的一分率，因此例如亦以至少6、7、8或9質量%之一分率且，例如，以最大29、28、27、26、25、24、23、22或21質量%之一分率存在該批料中。
依據本發明已顯現如果可能的話，只有形成鐵 酸二鈣所需之該碳酸鈣的一小分率應藉由白雲石提供。這是因為另外之鎂土透過該白雲石被引入該批料中，其中當使用該批料時，在該白雲石中之該碳酸鎂被煆燒成氧化鎂。就這方面來說，雖然可減少在該批料中之以鎂土為主之原料的分率，但是由於使用該批料不僅包括煆燒該以碳酸鈣為主之原料，亦包括另外地煆燒來自白雲石原料之碳酸鎂的另外地煆燒在該批料中之原料，故由該批料製成之物料的性質劣化。就這方面來說，已證實在依據本發明之批料中之白雲石之分率限制為最大15質量%之一份是有利的。
倘若以碳酸鈣為主之原料亦以白雲石之形態部份地存在，因此可提供的是，例如，它們只以一小分率存在且原料呈石灰石之形態。可提供的是，例如，白雲石只以最大15質量%之一分率，因此例如亦以最大14、12、10、8、6、4、3、2或1質量%之一分率存在該批料中。
該以碳酸鈣為主之原料宜具有一最大8mm，因此例如亦最大7、6或5mm之一粒度。例如，可進一步提供的是該以碳酸鈣為主之原料具有至少1mm，因此例如亦至少2或3mm之一粒度。該以碳酸鈣為主之原料之上述數值可與這些原料之全部分率相關或，例如，亦與相對於該以碳酸鈣為主之原料的總質量，該等原料之至少90質量%的一分率相關。
鐵粉末可以在1至6質量%之範圍內的一分率存在該批料中，因此例如亦可採用至少1.2質量%、1.4質量 %、1.6質量%、1.8或1.9質量%之分率，及以最大5質量%、4質量%、3.8質量%、3.6質量%、3.4質量%、3.3質量%、3.2質量%或3.1質量%之分率。
就在氧化鐵(III)及氧化鈣之間反應而產生鐵酸二鈣而言，已證實該氧化鐵(III)以最小可能顆粒尺寸存在是有利的。此可藉由下述達成，鐵粉末以一小粒度，宜以低於0.5mm之一粒度，因此例如亦以低於0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm之一粒度存在於依據本發明之批料中。該金屬粉末之粒度的數值可與該鐵粉末之總質量相關或，例如，與相對於該鐵粉末之總質量相關，達該鐵粉末之至少90質量%的一分率。
本發明已顯現該批料可具有對其他組分非常敏感之反應。例如，其他組分可特別地防止或抑制由氧化鐵及氧化鈣形成鐵酸二鈣。這特別適用於例如碳，因為這會與該鐵粉末反應。因此依據本發明可特別提供的是在依據本發明之批料中之碳分率係低於1質量%。
作為一般規則，可提供存在於依據本發明以鎂土為主之原料中原料的分率，該等以碳酸鈣為主之原料及該鐵粉末的分率係低於10質量%，特佳的是低於9、8、7、6或5質量%。
此外，可提供在該批料中之該等氧化物SiO2及Al2O3之總質量係低於5質量%，因此例如亦低於4、3或2質量%。該等氧化物SiO2及Al2O3可，例如，特別藉由在依據本發明之原料中的雜質加入該批料中。
再者，本發明之標的係依據本發明之批料用以加襯冶金熔融容器之用途。
這用途可，例如，實行之條件是使用至少一塑化劑製備該批料成一未成形耐火性陶瓷產品，換言之一物料，且接著以該製備之未成形耐火性陶瓷產品加襯該冶金熔融容器。就這方面來說，依據本發明之批料可特別地作為一爐床構成或爐床修理物料使用。
但是，依據本發明之批料亦可在沒有一塑化劑之情形下，直接作為一物料使用。
為由該批料製造一未成形耐火性陶瓷產品，換言之一物料，該批料之該等原料可直接地互相混合，且需要時，可加入一塑化劑。
可藉由依據本發明之批料加襯之該冶金熔融容器，可主要為用以存貯一金屬熔融物之任一容器，例如用以存貯一金屬熔融物之一容器，例如藉由一電弧產生一金屬熔融物的一電弧爐。
於此情況中冶金熔融容器之加襯表示在將與一金屬熔融物接觸之多數區域中至少部份地塗布一冶金熔融容器，在此情形下這些區域將不會以該未成形耐火性陶瓷產品塗布或加襯。
本發明之標的亦為一種以一未成形耐火性陶瓷產品加襯之冶金熔融容器，其中該未成形耐火性陶瓷產品係由依據本發明之一批料製成。
為由依據本發明之該批料製造一未成形耐火性 陶瓷產品，換言之一物料，該物料宜以一塑化劑製備。此種塑化劑可為一油，例如，一灰塵黏接油(dust-binding oil)，例如以下油中之至少一油：以環烷為主之油、柴油或葵花油。塑化劑可，例如，以相對於沒有該塑化劑之該批料之總質量，在0.1至3質量%之範圍內的一分率添加至該批料。
依據本發明之批料宜以乾方式，換言之，如果需要，與一塑化劑一起，但在沒有水之情形下作為一物料使用。
藉助於以下示範實施例更詳細地本發明。
該等示範實施例之標的係多數批料，該等批料係以由一低鐵含量鎂土獲得之低鐵含量經燒結鎂土為主。
在該等示範實施例中使用之經燒結鎂土具有依據表1之以下組成，其中在右方欄中所示之數值係各依質量%相對於在各情形中相對於該經燒結鎂土之總質量的氧化物分率。
在以下表2中，三樣本批料A、B與C，用於詳述 依據表1之該經燒結鎂土為主之依據本發明的批料，其中在批料欄中之數值係各依質量%相對於各批料之總質量的各組分分率。
依據A與B之批料係作為一爐床修理物料(熱修理物料)使用，以及依據示範實施例C之批料作為用於一冶金熔融容器之內襯的一爐床構成物料(冷內襯)。
為達此目的，與一塑化劑一起各另外地製備依據A與B之批料成一物料，且該塑化劑係相對於沒有葵花油之各批料之總質量的0.5質量%分率之葵花油，接著以以此方式製備之物加襯該冶金熔融容器。
直接使用依據示範實施例C之批料作為沒有一塑化劑之一物料且以該批料加襯該冶金熔融容器。
本發明之其他特徵呈現在申請專利範圍中。
關於本發明所述之所有特徵可互相地、個別地或組合地任意組合。

Claims (13)

  1. 一種耐火性陶瓷批料，用於製造一未成形的耐火性陶瓷產品，該耐火性陶瓷批料包含以下原料：1.1一或多種低鐵含量以鎂土為主之原料，其具有一在66至94質量%之範圍中之分率；1.2一或多種以碳酸鈣為主之原料，其具有一在5至30質量%之範圍中之分率；及1.3鐵粉末，其具有一在1至6質量%之範圍中之分率。
  2. 如請求項1之批料，其中依Fe2O3及其相對於該低鐵含量原料之總質量計算，該低鐵含量以鎂土為主之原料中的鐵分率係低於1.5質量%。
  3. 如請求項1至2中至少一項之批料，其中依CaO及其相對於該低鐵含量原料之總質量計算，該低鐵含量以鎂土為主之原料中的鈣分率係低於5質量%。
  4. 如請求項1至3中至少一項之批料，其中相對於該低鐵含量原料之總質量，該低鐵含量以鎂土為主之原料中的鎂土分率係高於90質量%。
  5. 如請求項1至4中至少一項之批料，具有呈以下原料中之至少一形態之該低鐵含量以鎂土為主之原料：熔融的鎂土或經燒結的鎂土。
  6. 如請求項1至5中至少一項之批料，其中該低鐵含量以鎂土為主之原料具有一最大10mm之粒度。
  7. 如請求項1至6中至少一項之批料，其中相對於該等以碳酸鈣為主之材料的總質量，該等以碳酸鈣為主之材料中之碳酸鈣分率係高於90質量%。
  8. 如請求項1至7中至少一項之批料，具有呈以下原料中之至少一形態之該以碳酸鈣為主的原料：石灰石或白雲石。
  9. 如請求項1至8中至少一項之批料，其中該以碳酸鈣為主之原料具有一最大8mm之粒度。
  10. 如請求項1至9中至少一項之批料，其中該鐵粉末具有一最大0.3mm之粒度。
  11. 一種如請求項1至10中至少一項之批料的用途，係用以加襯冶金熔融容器。
  12. 如請求項11之用途，其條件是使用至少一塑化劑製備該批料成一未成形耐火性陶瓷產品，且接著以該未成形耐火性陶瓷產品加襯該冶金熔融容器。
  13. 一種冶金熔融容器，其係以一未成形耐火性陶瓷產品加襯，其中該未成形耐火性陶瓷產品係由如請求項1至10中至少一項之批料製成。
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