TW202233544A - 熱固型高爐灌漿材料 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可穩定儲放的熱固型高爐灌漿材料。此熱固型高爐灌漿材料包含濕潤劑、液態高溫固化黏結劑及骨粉料，其中液態高溫固化黏結劑包含液態熱塑型酚醛樹脂液、鹼性化合物及硬化劑。此熱固型高爐灌漿材料具有高熱傳導率，故在灌補作業時可保持流動，並在灌入高爐鐵殼內部後，在加溫到100°C以上後逐漸凝固。此外，此熱固型高爐灌漿材料具有長期儲存穩定性，可降低儲存成本並減少浪費。

Description

熱固型高爐灌漿材料

本發明係有關一種高爐灌漿材料，特別是提供一種可穩定儲放的熱固型高爐灌漿材料。

冶煉是一種將鐵礦石還原成生鐵的技術。冶煉的過程中，需將鐵礦石加溫至1000°C以上。現代工業中，冶煉通常是進行於高爐中。高爐是由鐵殼、碳磚、出鐵口與其他構件所組成，其中碳磚圍繞高爐中心，以形成用以容納鐵液的煉鋼空間，且鐵殼係包覆於碳磚的外側。前述出鐵口係設置於高爐底部，以使熔煉完成之熔銑可出鐵至盛鐵桶中。

由於在冶煉時受到高溫鐵水之侵蝕，高爐的鐵殼及碳磚之間容易產生間隙。其中，出鐵口附近不僅要承受高溫，還須承受出鐵的沖刷，因此更容易產生間隙。但如果不處理產生的間隙，不僅會影響到冶煉的穩定性，也會縮短高爐的使用年限，還會導致爐內氣體經由間隙竄流至出鐵口，並隨著出鐵熔銑噴出，造成出鐵噴濺等問題。因此，高爐須進行灌補作業，將灌漿材料灌入高爐鐵殼及碳磚之間的間隙，以充填間隙裂縫，從而避免出鐵噴濺，並維持冶煉環境的穩定，進而延長高爐使用年限。

習知灌補作業是在高爐歲修保養或停爐時，將熱固型灌漿材料高壓灌入高爐鐵殼及碳磚之間，以藉由熱固型灌漿材料充填間隙裂縫。當高爐再次啟用時，溫度上升可使熱固型灌漿材料凝固硬化。一般習知熱固型灌漿材料在35°C至40°C就會開始硬化。雖然高爐停爐時的溫度不超過100°C，但仍遠高於室溫，故灌入高爐之熱固型灌漿材料容易在流動到底部前硬化，而不能有效填補底部之間隙。此外，灌漿材料亦容易在灌補機具中凝固，從而堵塞灌補機具的管線，進而增加灌補作業之風險。另外，習知熱固型灌漿材料的熱傳導效果不佳，無法達到高爐冷卻的需求，且其在室溫下容易硬化，具有較差之保存穩定性。

有鑑於此，亟須提供一種可穩定儲放的熱固型高爐灌漿材料，以改進習知熱固型灌漿材料的缺陷。

因此，本發明之一態樣是在提供一種熱固型高爐灌漿材料，其利用鹼性化合物與濕潤劑來提升熱固型高爐灌漿材料之固化溫度及儲存穩定性，並利用特定組成及特定粒徑的骨粉料來提高熱傳導率。

根據本發明之一態樣，提出一種熱固型高爐灌漿材料。基於熱固型高爐灌漿材料為100重量百分比(wt%)，熱固型高爐灌漿材料可包含0.1 wt%至2.0 wt%之濕潤劑、50 wt%至65 wt%之液態高溫固化黏結劑，以及平衡量之骨粉料。上述液態高溫固化黏結劑可包含液態熱塑型酚醛樹脂液、鹼性化合物及硬化劑，且液態熱塑型酚醛樹脂液之固形份可例如為60 wt %至80 wt %。上述骨粉料可包含碳化矽粉末及/或石墨粉。熱固型高爐灌漿材料存放於室溫超過6個月後的黏度在約50°C之溫度下可例如為小於2500 cps，表示仍具有良好流動性。此外，熱固型高爐灌漿材料之熱傳導率可例如為不小於0.5 w/m·K。

依據本發明之一實施例，前述濕潤劑可例如為烷基苯磺酸鹽類溶液或粉狀物。

依據本發明之一實施例，基於液態熱塑型酚醛樹脂液之使用量是100 wt%，硬化劑之使用量可例如為1 wt%至10 wt%，且鹼性化合物之使用量可例如為1 wt%至10 wt%。

依據本發明之一實施例，硬化劑可例如為六亞甲基四胺。

依據本發明之一實施例，碳化矽粉末之粒徑可例如為不大於0.074 mm，且基於熱固型高爐灌漿材料為100 wt%，碳化矽粉末之使用量可例如為大於10 wt%。

依據本發明之一實施例，骨粉料可選擇性地包含碳化矽顆粒，碳化矽顆粒之粒徑可例如為大於0.074 mm且不大於1 mm，且基於熱固型高爐灌漿材料為100 wt%，碳化矽顆粒之使用量可例如為不大於10 wt%。

依據本發明之一實施例，骨粉料可選擇性地包含黏土，其中黏土之粒徑可例如為不大於0.074 mm，且基於熱固型高爐灌漿材料為100 wt%，黏土之使用量可例如為不大於10 wt%。

依據本發明之一實施例，液態高溫固化黏結劑之固化溫度可例如為大於100°C。

依據本發明之一實施例，碳化矽粉末及碳化矽顆粒之碳化矽含量可例如為至少96 wt%，且石墨粉之碳含量可例如為至少80 wt%以上。

應用本發明之熱固型高爐灌漿材料，其包含鹼性化合物及濕潤劑，其中前者可提升固化溫度，後者可提流動性及儲存穩定性，並利用特定粒徑及特定組成的耐熱材料來增加熱傳導性。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

基於熱固型高爐灌漿材料為100重量百分比(wt%)，熱固型高爐灌漿材料可包含0.1 wt%至2.0 wt%之濕潤劑、50 wt%至65 wt%之液態高溫固化黏結劑，以及平衡量之骨粉料。

上述液態高溫固化黏結劑可包含液態熱塑型酚醛樹脂液、硬化劑及鹼性化合物。相較於習知熱固型黏結劑，所述液態高溫固化黏結劑之固化溫度較高。在一實施例中，液態高溫固化黏結劑之固化溫度可例如為大於100°C。

所述液態熱塑型酚醛樹脂液具有良好之流動性，可在灌補作業時流動而充填間隙裂縫。在一實施例中，液態熱塑型酚醛樹脂液之固形份可例如為60 wt%至80 wt %，具體可為70 wt%。若固形份高於80 wt%，液態熱塑型酚醛樹脂液之黏度過高，從而影響流動性與降低硬化溫度。若固形份低於60wt%，則會影響液態熱塑型酚醛樹脂液固化後強度，並提高其硬化溫度。由於液態熱塑型酚醛樹脂液是熱塑型樹脂，其可於固化溫度與硬化劑進行交聯反應固化。在一實施例中，上述硬化劑在加熱至固化溫度後可裂解出甲醛。在一實施例中，硬化劑可例如為六亞甲基四胺。在一實施例中，基於液態熱塑型酚醛樹脂液之使用量是100 wt%，硬化劑之使用量在1 wt%至10 wt%時，熱固型高爐灌漿材料具有較佳的耐熱性及較短的硬化反應時間。

所述鹼性化合物是鹼金屬及鹼土金屬的氫氧化物，其可包含但不限於氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鎂、其他適當之鹼性化合物，或上述鹼性化合物之任意混合。鹼性化合物可以提高前述交聯反應之反應溫度，從而使熱固型高爐灌漿材料在室溫(約10°C至40°C)至100°C時不硬化，而在溫度大於100°C時部分硬化。當部分硬化時，熱固型高爐灌漿材料的黏度上升，而不會因為流動太快或被骨粉料過度吸收而無法完整充填間隙裂縫。在高爐啟動後，高溫可使熱固型高爐灌漿材料硬化，但熱固型高爐灌漿材料仍具有彈性，故可吸收碳磚與鐵殼之間因位移或擠壓所產生之應力，從而避免新的間隙產生。在一實施例中，基於液態熱塑型酚醛樹脂液之使用量是100 wt%，當鹼性化合物之使用量為1 wt%至10 wt%時，可較有效地提升固化溫度。

若所述高溫固化液態熱塑型酚醛樹脂液黏結劑少於50 wt%，則熱固型高爐灌漿材料之流動性將降低。若液態高溫固化黏結劑多於65 wt%，則過多之高溫固化液態熱塑型酚醛樹脂液黏結劑將使得其他組成的含量減少，而造成熱固型高爐灌漿材料具有如熱傳導率不佳等問題。

所述濕潤劑即界面活性劑，其同時具有疏水基團及親水基團，因此可減少不相容物體之間的表面張力，從而達到濕潤及分散的效果，進而穩定熱固型高爐灌漿材料。在一實施例中，濕潤劑可包含烷基苯磺酸鹽。在一較佳實施例中，濕潤劑包含直鏈狀烷基苯磺酸鹽。在一實施例中，濕潤劑可例如為德國Zschimmer & Schwarz所製的Glydol N2002。在一實施例中，濕潤劑呈溶液或粉狀物。若濕潤劑含量小於0.1 wt%，則濕潤劑無法達到有效濕潤及分散的效果，但若濕潤劑含量大於2.0 wt%，則影響熱固型高爐灌漿材料之固化溫度。

所述骨粉料是用來充填間隙裂縫的填充材料，其耐熱溫度需不小於高爐之冶煉溫度，以避免熱固型高爐灌漿材料在受到高溫侵蝕後產生更多間隙。在一實施例中，骨粉料為無機耐熱材料。此外，為了避免鐵殼及碳磚因溫度升高膨脹不一致所產生的間隙，以及為了滿足高爐冷卻之需求，骨粉料較佳為熱傳導率較佳的物質。在一實施例中，骨粉料包含碳化矽及/或碳。

在一實施例中，骨粉料包含碳化矽粉末及/或石墨粉。在一實施例中，骨粉料更包含碳化矽顆粒。所述「碳化矽粉末」是指可通過相當於美國材料試驗學會(American Society for Testing and Materials，ASTM)所訂定之標準規格中的200目篩網的碳化矽粒子，即碳化矽粉末之粒徑是不大於0.074 mm，而「碳化矽顆粒」是粒徑大於0.074 mm之碳化矽粒子。所述「石墨粉」可包含土狀黑鉛及/或鱗狀石墨。在一實施例中，土狀黑鉛之型態是粒徑不小於0.074 mm之石墨粉末，而鱗狀石墨之型態是粒徑大於0.074 mm之鱗片狀石墨顆粒。

由於粒徑大小會影響熱固型高爐灌漿材料之熱傳導性及流動性，故上述骨粉料之成分應以碳化矽粉末及/或石墨粉為主成分。因此，基於熱固型高爐灌漿材料為100 wt%，碳化矽粉末之使用量可例如為大於10 wt%，而石墨粉之使用量可例如為大於0 wt%而不大於(即小於或等於) 10 wt%。另一方面，當骨粉料包含碳化矽顆粒時，碳化矽顆粒之使用量可例如不大於10 wt%，以使骨粉料具有較佳的平均粒徑而維持熱固型高爐灌漿材料之較佳熱傳導性。

此外，碳化矽粉末及碳化矽顆粒之碳化矽含量可例如至少96 wt%，且石墨粉之碳含量可例如至少80wt%以上，以使熱固型高爐灌漿材料具有較佳的熱傳導性。

在一實施例中，骨粉料可包含但不限於黏土，以使熱固型高爐灌漿材料具有潤滑性，從而增加熱固型高爐灌漿材料之可塑性。在一實施例中，黏土之粒徑是不大於0.074 mm，且基於熱固型高爐灌漿材料為100 wt%，黏土之使用量是不大於10 wt%，以維持熱固型高爐灌漿材料之熱傳導性及流動性。

所述「熱傳導性」是指傳導熱能的能力，而「流動性」是以黏度做為評估標準，其中流動性與黏度呈負相關，當室溫黏度小於2500 cps時，表示流動性佳，適於灌漿操作；當黏度大於或等於2500 cps而不大於5000 cps時表示流動性差，較不適於灌漿操作。經實驗證實，本發明之熱固型高爐灌漿材料在灌補作業處理之溫度(25°C至100°C)下的黏度是小於2500 cps，故仍具有較佳的流動性，而可有效充填間隙裂縫。於室溫存放超過6個月後，本發明之熱固型高爐灌漿材料在50°C之黏度變化不大，故此熱固型高爐灌漿材料於室溫下具有良好之儲存穩定性，且其經長期存放後，仍具有理想的流動性。此外，熱固型高爐灌漿材料之熱傳導率是不小於0.5 w/m·K，可滿足高爐冷卻的需求。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。 實施例一、評估濕潤劑對熱固型高爐灌漿材料性質的影響

首先，依照表1所載之實施例1至實施例3及比較例1之熱固型高爐灌漿材料的配方來配製熱固型高爐灌漿材料，其中基於液態高溫固化黏結劑的使用量為100 wt，硬化劑及鹼性化合物之使用量為1 wt%至5 wt%，且其餘為液態熱塑型酚醛樹脂液。硬化劑及鹼性化合物之使用量在此範圍不影響熱固型高爐灌漿材料的性質，不再贅述。實施例1及比較例1之石墨粉為土狀黑鉛，且實施例2及實施例3之石墨粉為鱗狀石墨。此外，實施例1及比較例1之黏土來自印尼，且實施例2及實施例3之黏土分別產自廣西及香港。 [表1]

其次，檢測實施例1至實施例3及比較例1之熱固型高爐灌漿材料的熱傳導率。另一方面，將實施例1至實施例3及比較例1之熱固型高爐灌漿材料靜置於50°C或80°C的環境下達3個小時後，檢測黏度。另外，將實施例1至實施例3及比較例1之熱固型高爐灌漿材料靜置於室溫下達半年，再於50°C檢測黏度。熱傳導率及黏度的檢測方式為本發明所屬技術領域具有通常知識者所熟知，在此不另贅述，且其結果記錄於表2。 [表2]

由表2可知，在50°C靜置3小時後，實施例1至實施例3及比較例1之黏度只有些微差異，但在80°C靜置3小時後，相較於比較例1，實施例1至實施例3的黏度較低，顯示濕潤劑的加入可提升熱固型高爐灌漿材料在80°C之流動性。

實施例1至實施例3因為含有潤濕劑，故存放6個月後，在50°C下的黏度變化小，因此本發明之熱固型高爐灌漿材料經長時間儲放後仍具有適當之黏度，並可應用於灌漿機中。惟，比較例1不包含潤濕劑，因此存放6個月後黏度大幅上升，而無法使用。此外，實施例1至實施例3及比較例1之熱傳導率只有些微差異(n=3)，顯示添加濕潤劑不影響熱傳導率。

綜言之，本發明雖以特定的組成、特定的組成比例或特定的評估方式作為例示，說明本發明之熱固型高爐灌漿材料可長期存放的性質，惟本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者可知，本發明並不限於此，在不脫離本發明之精神和範圍內，本發明亦可使用其他組成、其他的組成比例或其他的評估方式進行。

由上述可知，本發明之熱固型高爐灌漿材料，其優點在於包含特定比例的鹼性化合物、濕潤劑及具有特定的粒徑的骨粉料，因此固化溫度、流動性及儲存穩定性較高，而有利於灌補作業之進行及長期存放，故可應用於高爐的長期保養。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種熱固型高爐灌漿材料，其中基於該熱固型高爐灌漿材料為100重量百分比(wt%)，該熱固型高爐灌漿材料包含： 0.1 wt%至2.0 wt%之一濕潤劑； 50 wt%至65 wt%之一液態高溫固化黏結劑，包含一液態熱塑型酚醛樹脂液、一鹼性化合物及一硬化劑，且該液態熱塑型酚醛樹脂液之一固形份為60 wt %至80 wt %；以及 平衡量之一骨粉料，其中該骨粉料包含碳化矽粉末及/或一石墨粉，且 該熱固型高爐灌漿材料存放於室溫超過6個月後的一黏度是小於2500 cps，且該熱固型高爐灌漿材料之一熱傳導率是不小於0.5 w/m·K。
2. 如請求項1所述之熱固型高爐灌漿材料，其中該濕潤劑是烷基苯磺酸鹽。
3. 如請求項1所述之熱固型高爐灌漿材料，其中基於該液態熱塑型酚醛樹脂液之一使用量是100 wt%，該硬化劑之一使用量是1 wt%至10 wt%，且該鹼性化合物之一使用量是1 wt%至10 wt%。
4. 如請求項1或3所述之熱固型高爐灌漿材料，其中該硬化劑是六亞甲基四胺。
5. 如請求項1所述之熱固型高爐灌漿材料，其中該碳化矽粉末之一粒徑是不大於0.074 mm，且基於該熱固型高爐灌漿材料為100 wt%，該碳化矽粉末之一使用量是大於10 wt%。
6. 如請求項1所述之熱固型高爐灌漿材料，其中該骨粉料更包含一碳化矽顆粒，該碳化矽顆粒之一粒徑是大於0.074 mm且不大於1 mm，且基於該熱固型高爐灌漿材料為100 wt%，該碳化矽顆粒之一使用量是不大於10 wt%。
7. 如請求項1所述之熱固型高爐灌漿材料，其中該骨粉料更包含一黏土，該黏土之一粒徑是不大於0.074 mm，且基於該熱固型高爐灌漿材料為100 wt%，該黏土之一使用量是不大於10 wt%。
8. 如請求項1所述之熱固型高爐灌漿材料，其中該液態高溫固化黏結劑之一固化溫度是大於100°C。
9. 如請求項6所述之熱固型高爐灌漿材料，其中該碳化矽粉末及該碳化矽顆粒之碳化矽含量是至少96 wt%，且該石墨粉之碳含量是至少80 wt%。