TW202413307A - 氧化鎂－氧化鋁質可澆鑄材及耐火物磚 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供可均衡良好地兼顧耐蝕性與耐熱剝落性的氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材。
本發明之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材係含有氧化鎂60~90質量%、氧化鋁10~35質量%、二氧化矽5質量%以下。
Description
本發明係關於氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材及耐火物磚。
於盛桶、浸漬管、吹管、餵槽、流槽、熔融爐/焚燒爐之爐襯等，係使用可澆鑄材及耐火物磚。可澆鑄材係進行流入施工、壓送施工、吹附施工等的耐火原料。耐火物磚係對可澆鑄材加水進行養護硬化、乾燥而成者。
目前可澆鑄材之主流為富氧化鋁之氧化鋁-氧化鎂質可澆鑄材。專利文獻1係揭示含有氧化鋁65~85質量%、氧化鎂5~25質量%、二氧化矽30質量%以下的氧化鋁-氧化鎂質可澆鑄材。藉由含有氧化鋁與氧化鎂，於燒成中氧化鋁與氧化鎂反應，生成尖晶石，組織緻密化。因此，可獲得耐蝕性優越的耐火物磚。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利特開平2-208260號公報
(發明所欲解決之問題)
近年來，鋼種之高級化正在進展，而期待可更加提升耐 蝕性之可澆鑄材。氧化鎂由於耐蝕性優越，故能考慮增大可澆鑄材之氧化鎂量。然而，若增大可澆鑄材之氧化鎂量，由於耐火物磚之熱膨脹率變高，故耐火物磚容易發生龜裂，耐熱剝落性降低。
本發明係解決上述課題者，目的在於提供可均衡良好地兼顧耐蝕性與耐熱剝落性的氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材及耐火物磚。
(解決問題之技術手段)
為了解決上述課題，本發明之一態樣為一種氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材，係含有氧化鎂60~90質量%、氧化鋁10~35質量%、二氧化矽5質量%以下。
本發明之其他態樣為一種耐火物磚，係含有氧化鎂60~90質量%、氧化鋁10~35質量%、二氧化矽5質量%以下。
本發明之較佳態樣的特徵在於：上述氧化鋁之至少一部分，係含有粒徑3~8mm之粗粒氧化鋁5~30質量%、粒徑10μm以下之超微粉氧化鋁10質量%以下。
(對照先前技術之功效)
根據本發明，由於為富氧化鎂之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材，故可大幅提升耐蝕性。又，由於二氧化矽在燒成中進行玻璃熔融、軟化、吸收膨脹，故可抑制耐熱剝落性降低。從而，可均衡良好地兼顧耐蝕性與耐熱剝落性。
若尖晶石生成量過剩，則發生膨脹而組織劣化，耐熔損性(耐蝕性之指標之一)降低。根據本發明之較佳態樣，由於含有容易尖晶石化的粒徑10μm以下之超微粉氧化鋁10質量%以下，並含有不易尖晶石化且容易作為剛玉(氧化鋁)殘留的粒徑3~8mm之粗粒氧化鋁5~30質量%以下，故可將尖晶石生成量控制為最佳值，可更加提升耐熔損性。
以下，說明本發明實施形態之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材及耐火物磚。其中，本發明之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材及耐火物磚可依各種形態具體化，並不限定於本說明書所記載之實施形態。本實施形態係以藉由說明書的充分揭示，使本領域中具有通常知識者可充分理解為目的而提供。
本實施形態之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材係富氧化鎂之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材。亦即，本實施形態之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材係含有氧化鎂60~90質量%、氧化鋁10~35質量%、二氧化矽5質量%以下。
氧化鎂為耐火原料。氧化鎂係相對於可澆鑄材100質量%調配60~90質量%。本實施形態中，如上所述限定氧化鎂量的理由在於使耐蝕性大幅提升。若氧化鎂量未滿60質量%，則對熔鋼或熔渣之耐熔損性(耐蝕性之指標之一)降低。若氧化鎂量超過90質量%，則氧化鋁量相對變小，不易生成尖晶石，故耐熔渣滲透性(耐蝕性指標之一)降低。最佳之氧化鎂量為60~90質量%、較佳為70~80質量%。
氧化鎂之粒度並無特別限定，較佳為例如由粗粒、中粒、微粉所構成。藉由使用微粉，則氧化鎂之表面積變大，容易生成尖晶石。
氧化鋁為耐火原料。氧化鋁係相對於可澆鑄材100質量%調配10~35質量%。本實施形態中，如上所述限定氧化鋁量的理由在於使氧化鎂量相對增加、耐蝕性大幅提升，且使耐熱剝落性提升。若氧化鋁量未滿10質量%，則尖晶石生成量降低，耐熔渣滲透性降低。若氧化鋁量超過35質量%，則氧化鎂量相對降低，耐熔損性降低。最佳之氧化鋁量為10~35質量%、較佳為20~30質量%。
關於氧化鋁之粒度，較佳係相對於可澆鑄材100質量%，調配粒徑3~8mm之粗粒氧化鋁、更佳為粒徑3~5mm之粗粒氧化鋁5~30質量%，且相對於可澆鑄材100質量%，調配粒徑10μm以下之超微粉氧化鋁10質量%以下。若尖晶石生成量過剩，則發生膨脹而組織劣化，耐熔損性降低。本實施形態中，如上所述限定粗粒氧化鋁與超微粉氧化鋁的理由在於將尖晶石生成量控制為最佳值，使耐熔損性更加提升。藉由使用容易尖晶石化的粒徑10μm以下之超微粉氧化鋁、與不易尖晶石化且容易作為剛玉(氧化鋁)殘留的粒徑3~8mm之粗粒氧化鋁，可將尖晶石生成量控制為最佳值。
粒徑係除了超微粉以外，為根據JISZ8801-1：2019之標準網目。超微粉之粒徑為平均粒徑(D50)。10μm以下之超微粉氧化鋁，可使用例如Almatis公司之CL370C、A300FL之煅燒氧化鋁。其平均粒徑(D50)為2.5μm。
二氧化矽係相對於可澆鑄材100質量%調配5質量%以下。本實施形態中，將二氧化矽量限定為5質量%以下的理由在於抑制耐熱剝落性降低。若增大氧化鎂量，則耐火物磚之熱膨脹率變高。因此，耐火物磚容易發生龜裂，耐熱剝落性降低。藉由調配二氧化矽，由於二氧化矽於燒成中進行玻璃熔融、軟化、吸收膨脹，故可抑制耐熱剝落性降低。若二氧化矽量超過5質量%，則玻璃熔融量過大，耐蝕性降低。
二氧化矽較佳係使用粒徑5μm以下之非晶質超微粉二氧化矽3質量%以下。藉由使用非晶質超微粉二氧化矽，提升原料之流動性，可進行低水分施工。超微粉之粒徑係平均粒徑(D50)。粒徑5μm以下之非晶質超微粉二氧化矽係以Silica Flower或Micro Silica(註冊商標)等市售。其平均粒徑(D50)為5μm以下。
水泥較佳係調配氧化鎂量與氧化鋁量之和的另計10質量%以下。本實施形態中，如上所述限定水泥調配量的理由在於使耐火物磚之強度提升。若水泥量超過10質量%，則生成低融物，耐蝕性降低。水泥之種類並無特別限定，可使用例如氧化鋁水泥。
為了由可澆鑄材獲得均質之耐火物磚，視需要可添加分散劑。作為分散劑，可使用例如選自三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、酸性六偏磷酸鈉、磺酸鈉、萘磺酸鈉、木質磺酸鈉、超聚磷酸鈉、聚丙烯酸鹽、聚碳酸、聚碳酸鹽等之1種或2種以上。
又，為了對可澆鑄材賦予適當之可使用時間，視需要可添加硬化調整劑。作為硬化調整劑，可使用例如選自硼酸、草酸、檸檬酸、葡萄糖酸、硼酸銨、超聚磷酸鈉、碳酸鋰、碳酸鈉、硼酸鈉、檸檬酸鈉、酒石酸鹽等之1種或2種以上。
作為可澆鑄材之施工方法，可使用流入施工、壓送施工、吹附施工等習知周知之施工方法。若說明流入施工之一例，則係對氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材添加水並進行混練直到流動值成為一定為止。接著，於振動台上流入既定模中。例如，於室溫下養護24小時後，脫模並於110℃乾燥24小時。
[實施例]
表1係表示比較例1、實施例1~7、比較例2之可澆鑄材之配方、使用可澆鑄材所製造之耐火物磚於110℃乾燥24小時後之物性、耐火物磚於1500℃燒成3小時後之物性。
[表1]
※1熔損量10mm以下：◎、10~30mm：○、30mm以上：×
※2滲透量 2mm以下：◎、2~10mm：○、10mm以上：×
※3脫落次數 5次以上為○
| 比較例1 | 實施例1 | 實施例2 | 實施例3 | 實施例4 | 實施例5 | 實施例6 | 實施例7 | 比較例2 | |||
| 配方 (質量%) | 氧化鎂 | 5 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 75 | 75 | 95 | |
| 氧化鋁 | 粗粒 | 8-3mm | ○ | - | - | - | - | - | ○(20) | - | - |
| 中粒 | 3-1mm | ○ | ○(25) | ○(20) | ○(15) | ○(10) | ○(5) | - | ○(20) | - | |
| 微粉 | 1-10μm | ○ | - | - | - | - | - | - | - | - | |
| 超微粉 | 10μm以下 | ○ | ○(5) | ○(5) | ○(5) | ○(5) | ○(5) | ○(5) | ○(5) | - | |
| 合計 | 87.5 | 30 | 25 | 20 | 15 | 10 | 25 | 25 | - | ||
| 非晶質二氧化矽 | 0.3 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | ||
| 水泥 | 7.5(另計) | 3(另計) | 3(另計) | 3(另計) | 3(另計) | 3(另計) | 3(另計) | 3(另計) | - | ||
| 化學成分 (質量%) | MgO | 5 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 70 | 70 | 98 | |
| Al2O3 | 93 | 32 | 27 | 22 | 17 | 12 | 27 | 28 | - | ||
| SiO2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||
| 物性 | 110℃×24h | 氣孔率/% | 16.4 | 16.5 | 16.1 | 16.2 | 16 | 16.5 | 17.1 | 16.1 | 17.6 |
| 容積比重 | 3.09 | 2.91 | 2.93 | 2.95 | 2.97 | 2.97 | 2.91 | 2.95 | 2.91 | ||
| 壓縮強度/MPa | 14 | 20 | 23 | 20 | 18 | 18 | 27 | 25 | 17 | ||
| 1500℃×3h | 氣孔率/% | 20.5 | 16.6 | 18.5 | 18.7 | 20.2 | 22.3 | 17.5 | 17.2 | 11.2 | |
| 容積比重 | 3.01 | 2.94 | 2.87 | 2.88 | 2.82 | 2.75 | 2.94 | 2.95 | 2.95 | ||
| 壓縮強度/MPa | 58 | 56 | 60 | 54 | 39 | 29 | 71 | 79 | 62 | ||
| 1500℃×3h | 耐蝕性 | 耐熔損性※1 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 耐熔渣滲透性※2 | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | ○ | ○ | ◎ | ◎ | × | ||
| 耐熱剝落性※3 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 尖晶石生成量% 剛玉生成量% | + | +++ | +++ | +++ | ++ | + | + | ++ | - | ||
| +++ | + | + | + | + | + | +++ | + | - |
比較例1為富氧化鋁之氧化鋁-氧化鎂質可澆鑄材。實施例1~7為富氧化鎂之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材。實施例1~7係改變氧化鎂量與氧化鋁量。比較例2係耐火原料為氧化鎂且不含氧化鋁之可澆鑄材。
首先，對於110℃乾燥24小時後之耐火物磚之化學成分，使用螢光X射線分析方法進行測定。耐火物成分之螢光X射線分析方法係依JIS R 2216：2005所規定。如表1所示，耐火物磚之化學成分係與可澆鑄材之調配成分略相同。
接著，測定於110℃乾燥24小時後之耐火物磚之氣孔率、容積比重、壓縮強度。耐火物之氣孔率、容積比重的測定方法係依JIS R 2205：1992所規定。耐火物之壓縮強度之試驗方法係依JIS R 2206：2007所規定。於110℃乾燥24小時後之耐火物磚係即使氧化鎂量增大，氣孔率、容積比重、壓縮強度仍幾乎未變化。
接著，測定於1500℃燒成3小時後之耐火物磚之氣孔率、容積比重、壓縮強度。於1500℃燒成3小時後之耐火物磚中，係隨著氧化鎂量增大，而出現氣孔率增加、容積比重降低、壓縮強度降低的傾向。推測其原因在於隨著氧化鎂量增大，耐火物磚之熱膨脹率變高。
接著，藉由旋轉筒試驗，進行耐火物磚之耐蝕性(亦即耐熔損性與耐熔渣滲透性)的評價。如圖1所示，將耐火物磚之試料1組合為筒狀，投入合成熔渣2(C/S=2.0)，利用氧-丙烷燃燒器3以內部溫度保持為1600~1650℃之方式進行加熱。試驗時間設為10小時，旋轉方向設為固定方向，旋轉速度設為8rpm。
於旋轉筒試驗後測定耐火物磚之試料1之熔損量。表1中之◎係表示熔損量為10mm以下，○係表示熔損量為10~30mm，×係表示熔損量為30mm以上。
如表1所示，比較例1之富氧化鋁之可澆鑄材係熔損量大。然而，實施例1~7之富氧化鎂之可澆鑄材、比較例2之僅含氧化鎂之可澆鑄材則隨著氧化鎂量增大，而熔損量變小(亦即耐熔損性提升)。
接著，測定耐火物磚之試料1之熔渣滲透量。表1中之◎係表示熔渣滲透量為2mm以下，○係表示熔渣滲透量為2~10mm，×係表示熔渣滲透量為10mm以上。
比較例2係熔渣滲透量大。實施例1~7係與比較例1同樣地熔渣滲透量小(亦即耐熔渣滲透性提升)。尚且，如實施例1~3、實施例6、7般，藉由將氧化鎂設為70~80質量%、氧化鋁設為20~30質量%，則耐熔損性與耐熔渣滲透性更加提升。尤其實施例6與實施例7係耐沖蝕性與耐熔渣滲透性之兩者均為◎。
接著，進行耐熱剝落性試驗。作成40mm×40mm×230mm的耐火物磚之試料，於110℃乾燥24小時。如圖2所示般，將耐火物磚之試料5浸漬於加熱為1500~1550℃之熔鐵4中15分鐘。由熔鐵4上拉起試料5後，進行空冷60分鐘。以此為1循環，重複加熱/冷卻直到試料4脫落為止。表1中之○係表示脫落次數為5次以上。
相較於比較例1，實施例1~7雖然耐熱剝落性降低，但其降低量僅為些許(亦即可抑制耐熱剝落性降低)。因此，可知實施例1~7之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材可使用作為耐火物。
接著，為了分析耐火物磚之結晶構造，將耐火物磚作成為粉末，測定粉末X射線繞射，藉由裏特沃爾德分析，測定尖晶石生成量、剛玉(氧化鋁)生成量。表1中之+係表示量小，++係表示量大於+，+++係表示量大於++。
尖晶石生成量係依實施例6→實施例5→實施例7→實施例4→實施例3→實施例2→實施例1之順序變大。藉由尖晶石之生成可進行組織緻密化，但若尖晶石生成量過剩，則發生膨脹而組織劣化。實施例6之耐沖蝕性優越，可認為與此尖晶石生成量有關。實施例6之尖晶石生成量，可認為接近最佳值。若比較實施例2與實施例6，其差異主要在於氧化鋁粒度之不同，實施例2之氧化鋁中粒係於1500℃進行尖晶石化，相對於此，實施例6之氧化鋁粗粒並未尖晶石化且作為剛玉(氧化鋁)殘留。推測藉由使用粒徑3~8mm之粗粒氧化鋁而造成最佳之尖晶石生成量，故耐熔損性提升。
本說明書係根據2022年8月30日申請之日本專利特願2022-136386。將其內容全部涵括於此。
1:試料
2:合成熔渣
3:氧-丙烷燃燒器
4:熔鐵
5:試料
圖1為旋轉筒試驗之說明圖。
圖2為耐熱剝落性試驗之說明圖。
Claims (6)
- 一種氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材，係含有氧化鎂60~90質量%、氧化鋁10~35質量%、二氧化矽5質量%以下。
- 如請求項1之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材，其中，上述氧化鋁之至少一部分，係含有粒徑3~8mm之粗粒氧化鋁5~30質量%、粒徑10μm以下之超微粉氧化鋁10質量%以下。
- 如請求項1或2之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材，其中，上述二氧化矽之至少一部分，係含有粒徑5μm以下之非晶質超微粉二氧化矽3質量%以下。
- 如請求項3之氧化鎂-氧化鋁質可澆鑄材，其中，含有上述氧化鎂量與上述氧化鋁量之和的另計10質量%以下的水泥。
- 一種耐火物磚，係含有氧化鎂60~90質量%、氧化鋁10~35質量%、二氧化矽5質量%以下。
- 如請求項5之耐火物磚，其中，上述氧化鋁之至少一部分，係含有粒徑3~8mm之粗粒氧化鋁5~30質量%、粒徑10μm以下之超微粉氧化鋁10質量%以下。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022-136386 | 2022-08-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202413307A true TW202413307A (zh) | 2024-04-01 |
Family
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