經濟部屮央標準工消赀合作社印51 203598 A6 __B_6_ 五、發明説明ί ) 工業用途 本發明有關具優越抗散裂性，抗腐蝕性及抗滲渣性之 氣化鋁-尖晶石型單塊式耐火材料。 先前技藝 近年來，因為製鏑法之多樣化使杓用之襯套耐火材料 的使用條件變嚴格，即①連績鑲造比提高且脱氣比增加； ②杓襯套之導入；及③輸送熔銷之澆鑄溫度提高，熔銷保 持時間延長，熔鏑搜拌等。 以往，杓用之襯套耐火材料主要為Roseki及/或結 石耐火材料，但因上述製銷法之多樣化，以及對高品質鏑 之強烈需求，故且前使用高氧化鋁耐火材料為低氧化矽含 量之耐火材料。而且，即使基本材料諸如氣化鎂耐火材料 等之被部分研究，但因熱與结構散型裂所致之大量開裂及 剝離使該材料無法實用。 與Roseki及錯石耐火材料比較，高氧化鋁耐火材料 具以下缺點：（a )滲渣性大，（b)抗散裂性差。 至於抑制高氣化鋁耐火材料滲渣之方法，在日本公開 專利 55-23004，59— 128271，60-60985及64—87577中提出氧化鋁一尖晶石型 ,氣化鋁-尖晶石一氧化鎂型或氧化鋁一氧化鎂型可鏵造 耐火材料，其與Mg 0 — A又2〇 3型尖晶石及/或氣化錄 組合。 詳言之，日本公開專利55-23004描述一種材 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂· 本紙5fc尺度逍用中》國家榣準(CNS)甲4規格(210x297公龙) -3 - A 6 B6 203598 五、發明説明（2 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 料，其包括10至85重置百分比理論组成為Mg Ο = Αβ2〇3莫耳比1 : 1之尖晶石熔塊· 5至30重量百分 比氧化鋁及10至25重量百分比高氧化鋁之水泥；曰本 公開專利59 — 1 2827 1描述一種材料，其包括50 至95重量百分比之約略理論组成MgO : Αί2〇3莫耳 比0. 8:1. 2至1.1:0. 9之尖晶石且餘者實質 為日本公開專利60 — 60985描述一種材 料，其包括至少60重量份數具理論组成之尖晶石熔塊， 10至35重量份數氣化鋁熔塊及3至10重量份數之氧 化鋁水泥。而且，日本公開專利64-87577描述一 種材料，其具良好耐滲渣性，其包括5至40重量百分比 約略理論組成MgO:Aj?2〇3為0. 7: 1. 3至 1. 3:0. 7之尖晶石，50至90重量百分比氧化鋁 溶塊及3至2 5重量百分比之氧化鋁水泥。 本發明所欲解決之問題 經濟部屮央標準工消费合作社印^ 但是，雖發現若添加尖晶石或氧化鎂於該材料，則該 材料中之抗結構散裂及抗腐蝕性因抑制滲渣性而比習用高 氧化鋁耐火材料改善，其對滲渣之效應少於Roseki與結 石耐火材料者。 例如當MgO : Ai^2〇3莫耳比接近理論組成之習用 尖晶石型熔塊單獨用於氧化鋁一尖晶石型單塊式耐火材料 時，如圖2使用具MgO:Aj?2〇3莫耳比1. 02 : 0. 98之幾近理論組成之燒結尖晶石A的氣化鋁一尖晶 -4 - 本箏張尺度边用中Η國家標準(CNS)甲4規格(210X297公釐) 203598 A 6 B6 經濟部+央標準A A工消费合作社印¾. 五、發明説明（3 ) 石型單塊式耐火材料之腐蝕試驗所示結果，當尖晶石超過 40百分比時，因為滲渣性變大，即使耐腐蝕性增加，有 易發生結構散裂之問題。 而且，有各種有闋抑制滲渣機構之記載且其描述添加 尖晶石型熔塊使煤渣中之F e ◦及Μη Ο组份溶於尖晶石 型熔塊而抑制滲渣性之效果。 但是，若溶解FeO及ΜηΟ组份以産生在尖晶石中 之固體溶液，因為F e及Μη離子之離子半徑大於Mg離 子者，故尖晶石之晶格常數增加因單塊式耐火材料膨脹故 結構中發生鬆動。結果，加速滲渣。因此為抑制尖晶石滲 渣，故提出使用氧化鋁及尖晶石之氧化鋁一尖晶石型單塊 式耐火材料，但此時，尚未發展具有令人谋意之性質的耐 火材料。 故是，期望發展具更低之滲渣性之單塊式耐火材料。 解決有闋問題之方式 就以上問題而言，本發明者注意尖晶石熔塊M g Ο : 莫耳比並進行各種實驗，結果發現使用0. 14 :1. 86 至 0. 6: 1. 4 之 MgO:A^2〇3莫耳比 之尖晶石型熔塊之氧化鋁一尖晶石型單塊式耐火材料之渗 渣性明顯低於使用比0. 6:1.4大之MgO: 莫耳比之氣化鋁材料及尖晶石熔塊之先前技藝單 塊式耐火材料者。 本發明氣化鋁-尖晶石型單塊式耐火材料之第一實例 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂_ 線- 本於5fc尺度逍用中國Β家標準(CNS)甲4規格(210X297公龙) A 6 B6 203598 五、發明説明（4 ) 特色為該耐火材料含8 0至9 2重置百分比之Mg 0 : (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 莫耳比為 〇. 14: 1. 86 至 0. 6: 1. 4 之氣化鋁一尖晶石型熔塊及8至2 0重量百分比之氧化鋁 水泥。 本發明氣化鋁一尖晶石型單塊式耐火材料之第二實例 待色為該耐火材料含5至9 2重量百分比之Mg Ο : 其耳比為 〇. 14: 1. 86 至 0. 6: 1. 4 之氣化鋁一尖晶石型熔塊，不多於87重量百分比之氧化 绍材料及8至2 0重量百分比之氧化鋁水泥。 本發明之氣化鋁一尖晶型單塊式耐火材料之第三實例 特色為該耐火材料含1 0 0重量份數包括5至9 2重量百 分比之MgO:A52〇3莫耳比在0· 14: 1. 86至 0. 6:1.4之氧化鋁一尖晶石型熔塊，不多於87重 量百分比氧化鋁材料及8至20重量百分比之氧化鋁水泥 之混合物，及10至40重量份數之晶粒大小為1〇至 50mm之氧化鋁碎粒。 經濟部屮央標準巧只工消"合作社印似 此外，至於僅使用上述MgO :六）？2〇3莫耳比在 〇.14:1. 86至0· 6:1.4之氧化鋁一尖晶石 型熔塊之氧化鋁一尖晶石型單塊式耐火材料，由僅使用 MgO:Ai?2〇3其耳比為0. 44: 1. 56之氧化鋁 :尖晶石型熔塊之材料的腐蝕試驗結果（如圔3中之實例 所示）顯示雖藉該耐火材料得到優越耐慘渣性，但發現該 耐火材料之耐腐蝕性比使用具有理論组成之M s Ο _ A 5 2〇 3型尖晶石熔塊者稍差。 -6 - 本於張尺度逍用中Η國家樣準(CNS)甲4規格(210x297公诠) A 6 B6 203598 五、發明説明（5 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 是故，吾人發現為改善在更嚴格操作條件中之氧化鋁 一尖晶石型單塊式耐火材料之耐用性，若同時使用Mg Ο :Αί2〇3莫耳比在上述◦. 14: 1. 86至〇. 6: 1·4間之氧化鋁一尖晶石型熔塊及具有近於理論組成之 習用尖晶石熔塊並以適當晶粒大小與適當數量摻和，則所 得之耐火材料具優越滲渣性且可明顯改善耐腐蝕性。 是故，本發明氣化鋁一尖晶石型單塊式耐火材料第四 實例之特色為該耐火材料含10至40重量百分比之 MgO:Ai?2〇3莫耳比為 0. 9: 1. 1 至 1. 3: 0· 7且晶粒大小不大於1mm之尖晶石熔塊，30至 82重量百分比之^^8〇:八52〇3其耳比為〇. 14: 1. 86至0· 6:1.4之氧化鋁一尖晶石熔塊及8至 2 0重量百分比之氧化鋁水泥。 而且，本發明之氣化鋁一尖晶石型單瑰式耐火材料之 第五實例特色為該耐火材料含10至40重量百分比之 MgO:A)?2〇3莫耳比為◦· 9:1. 1 至 1. 3: 經濟部屮央櫺準·AA工消汾.合作社印^ 0. 7且晶粒大小不大於1mm之尖晶石熔塊，30至 82重量百分比之MgO:Ai2〇3莫耳比為〇. 14: 1. 86至0· 6:1.4之氧化鋁一尖晶石熔塊，不多 於4 5重量百分比之氧化鋁材料及8至2 0重置百分比之 氧化鋁水泥。 附圖簡述 圖1為具不同MgO : 莫耳比之尖晶石熔塊 本啉ifc尺度逍用中國Β家標準（CNS)甲4規格(210x297公龙) 203598 A 6 B 6 經濟部中央櫺準Λ只工消费合作社印51 五、發明説明（6 ) 摻和比，及耐腐蝕性與抗滲渣性間之關係的圔示。 圖2為具有接近理論组成（MgO : 莫耳比 1. 02 : 0. 98)之燒结尖晶石C之摻和比（重量百 分比），及單獨使用該燒结尖晶石C而餘者為燒结氧化鋁 及氧化鋁水泥之耐腐蝕性與抗滲渣性之圖示。 圖3為MgO:A52〇3莫耳比為0. 44: 1. 5 6之燒結氣化鋁一尖晶石B之摻和比（重量百分比），及 單獨使用該燒結氧化鋁一尖晶石B而餘者為燒結氧化鋁及 氣化鋁水泥之耐腐蝕性與抗滲渣性之圖示。 操作 用於本發明氣化鋁一尖晶石型單塊式耐火材料之氣化 鋁一尖晶石型熔瑰選自一或多種電熔尖晶石熔塊及燒结 尖晶石熔塊，該氧化鋁一尖晶石型熔塊之Mg Ο : 八文2〇3莫耳比為〇. 14: 1. 86至0. 6: 1. 4 ，即將氣化鋁以尖晶石溶解産生固體溶液，但該熔塊可含 少量剛玉。 〆 是故，期望使用本發明少於理論组成（Mg Ο : A52〇3莫耳比1 : 1)之氧化鋁一尖晶石型熔塊之 MgO:Ai^〇3莫耳比在上述〇. 14: 1. 86至 ◦ . 6 : 1 . 4間。若該M g 0 : A 5 2 3莫耳比少於 〇. 14: 1. 86，則滲渣效果差，且若該MgO: Aj^O：»某耳比多於〇· 6 : 1. 4,在將煤渣中之 FeO與Μη〇組份浸漬於單塊式耐火材料時，因為該耐 本尺度iiJfl中a料糾伽）4規格(210x297公發)_ Q _ -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂 線_ 經濟部屮央標準局A工消fi1合作社印!ii A 6 B6 五、發明説明（7 ) 火材料中尖晶石固塍溶液之晶格常數變大而耐火材料膨脹 ，由是增加該耐火材料之结構開裂及滲渣性。 而且，因為使用本發明之氧化鋁一尖晶石型熔塊熱膨 脹傜數低於具理論组成（MsO : 莫耳比為1 : 1)之尖晶石熔塊者，本耐火材料之抗熱散裂性優於僅使 用具理論组成之尖晶石熔塊的耐火材料者。 本發明之第一、二與第三實例摻和之該氣化鋁一尖晶 石型熔塊量為5至9 2重量百分比。若該摻和量少於5重 量百分比，則對氣化鋁一尖晶石型熔塊之滲渣性抑制效果 差且若該量多於92重量百分比，則作為粘合劑之氣化鋁 水泥摻和量低且可能使耐火材料之強度劇降。此外，若不 添加氧化鋁材料，則就下文所述之氣化鋁水泥摻和量而言 ,摻和量較好為80至92重量百分比。 本發明之第四及第五實例中，氯化鋁一尖晶石型熔埭 之摻和量為30至82重量百分比。即，如圖1所示之摻 和量，耐腐蝕性與抗滲渣性的關係圔示所示，若此摻和量 少於30重量百分比，則不能達高度耐腐蝕性且，因為同 時摻和之尖晶石熔塊及氧化鋁水泥摻和量各不可為1 0百 分比及以上與8百分比及以上，故大於82重量百分比之 摻和量不佳，且不能得到高度耐腐蝕性及強度。 圔1中燒結尖晶石D之MgO :八$2〇3莫耳比為 1· 02:0. 98且燒結氣化鋁一尖晶石B之MgO: AJZaO；» 莫耳比為 0. 44: 1. 56。 其次，本發明第四及第五實例所用之尖晶石熔塊可為 本柃5fc尺度逍用中a a家標準(CNS)甲4規格(210X297公釐） 9 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 線- A 6 B6 203598 五、發明説明（8 ) 電熔尖晶石或燒結尖晶石或此類尖晶石共同使用。該尖晶 石熔塊之MgO:Aj?2〇3莫耳比為0. 9: 1. 1至 1. 3:0. 7且可用之晶粒大小少於lmm。若此晶粒 大小多於lmm,則不可得到優越之耐滲渣性，此為不期 望者。而且，尖晶石熔塊之摻和量為1◦至40重量百分 比。此摻和量少於10重量百分比不佳，因不能得到高度 耐腐蝕性，而多於40重量百分比亦不佳，因降低耐滲渣 性〇 此外，燒結氧化鋁，電熔氧化鋁，鋁土礦及鋁頁岩可 用為本發明之氧化鋁材料。但是，因為氣化矽含量增加可 能形成低熔點材料，故期望使用燒結氣化鋁及/或電熔氧 化鋁。若添加鋁土礦及/或鋁頁岩等，則其較好為粗粒形 式（不少於3mm且不大於10 0mm)。 此外，本發明第二及三實例中之氧化鋁材料摻和量少 於87重量百分比。若此摻和量少於87重量百分比，則 因降低尖晶石熔塊與氧化鋁水泥摻和量而可能有滲渣及強 度之問題。 而且，若在本發明第四及第五實例中添加氧化鋁材料 ，則該材料之摻和量少於4 5重量百分比。即摻和量多於 45重量百分比時不佳，因為不能得到高度耐腐蝕性。 氧化鋁水泥已用於習用可鑄耐火材料中且本發明中氧 化鋁水泥用為粘合劑。較好氧化鋁水泥之摻和量為8至 20重量百分比。若此摻和量少於8重量百分比，則耐火 材料強度不足且若此量多於20重量百分比，則形成大量 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂_ 線< 經濟部屮央標準^M工消"合作社印製 本ifUfc尺度通用中a困家標準(CNS)甲4規格(210x297公犮) -10 - 203598 A 6 B6 經濟部屮央標準XJM工消费合作社印？4 五、發明説明（9 ) 低熔點材料並降低耐腐蝕性。 本發明第三實例中，為抑制開裂增大，氣化鋁碎粒諸 如電熔氧化鋁，鋁頁岩，氧化鋁耐火磚等晶粒為1〇至 5 Omm者之摻和量為1 0至4 0重量百分比之該材料諸 如氣化鋁一尖晶石型熔塊，氣化鋁水泥及尖晶石熔塊之總 量。 而且，本發明之氣化鋁一尖晶石型單塊式耐火材料中 可添加無機纖維、銷纖維、固化添加劑等。 此外，至於應用本發明氣化鋁一尖晶石型單塊式耐火 材料之方法，可使用鏵造法，噴霧法等。 實施例 為例示本發明之氧化鋁一尖晶石型單塊式耐火材料， 提供以下實施例。 實施例1 此例中，描述第一、第二及第三實例之氣化鋁一尖晶 石型單塊式耐火材料。表1中，描述實施例及比較例中所 用之材料的化學组成，表2中，顯示實施例及比較例中單 塊式耐火材料之摻和比及性質。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂_ 線· 本吟悵尺度通用中H a家樣毕(CHS)甲4規格(210x297公釐) 66 ΑΒ 203598 五、發明説明（LO ) S_1 經濟部屮央標準历β工消费合作社印製 组份 材料 Si〇2 A1s〇3 Fea〇3 Ti〇2 CaO MgO Ms〇：Aj? 2〇3 莫耳比 燒結氧化鋁 0.1 99.3 0.1 徹置 0.1 0.1 燒結氣化鋁 _尖晶石A 0.1 94.3 0.2 微量 0.3 5.2 0.24:1.76 燒結氣化鋁 一尖晶石B 0.1 89-4 0.2 微量 0.3 10.1 0.44:1.56 燒結尖晶石C 0.2 70.3 0-4 微量 0.3 28.9 1.02:0·98 電熔氧化鋁 一尖晶石A 0.4 82.6 1.0 0.1 0.8 14.3 0.61:1.39 鋁頁岩 5.9 87.4 1.0 4.2 0.2 0.6 電熔氣化鋁 碎粒 1.0 94.9 0.8 3.2 0.3 0.6 氣化鋁水泥 0.2 79.8 0.3 徹量 17.5 0.4 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度逍用中國國家樣準(CNS)甲4規格(210X297公货） 一 12 — 203598 A6 ___ B6 _ 五、發明説明（11) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 表2所示之各化合物混以預定量之水，然後在金屬框 中縳造成形，在20*C熟化24小時，在l〇5t：乾燥 24小時，之浚如下試驗所得之耐火材料： (1)加熱後之線性變化（在1 500t：_3小時） :依 JIS R2555。 (2 )腐蝕試驗。 ① 裝置：轉筒式腐蝕試驗裝置。 ② 試樣大小：5〇x20〇x65mm ③ 溫度及時間： 1 650¾ — 30分鐘使礦渣進料。 15分鐘个 Φ20分鐘 3循環 8 0 0 ¾ 小 1 650它一 30分鐘加熱 15分鐘个 小20分鐘 3循璟 8 0 0 ¾ 經濟部中央標準·Α工消"合作社印虹 ④ 礦渣：LD轉化器礦渣（CaO/S i 〇2 = 3.65) 1 . 2 k g /循環 本尺度逍用中Η國家標準(CNS)甲4規格(210x297公釐) -13 -
89 5 3 20L
66AB 五、發明説明 *12) * 2 經濟部屮央標準局OC工消费合作社印製 mm \ixm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 S 和 量 (wt*) 50 40 40 50 50 40 50 50 傾规w 13 25 8 8 20 18 18 8 18 35 14 50 20 30 50 50 50 S^Wl^hKSB(不嫌w 10 30 30 38 38 20 20 30 30 20 ®swtsa«5A{5-i-) 10 20 3 10 10 atZmL»sa 12 15 12 12 10 12 12 12 12 12 12 12 6 +20 +30 +25 +20 +25 +30 十20 +20 +20 胁 5-0 5-0 5-0 5-5 6-5 5-0 6.0 6.0 5.0 6-5 5-0 5-0 5-0 試 驗 结 果 ^^&(5)*150〇·〇-3<Ν§ K)-03 0·00 -0-03 0-00 -0.03 -0-03 Ό.03 tO-OQ 0-00 0.03 Κϊ-06 0.00 0-00 m » tk 性 jemmm 12S 120 105 130 90 100 100 120 110 135 100 130 80 60 ss 45 65 55 50 45 50 55 60 100 155 140 aassfe ⑷ 〇 o 〇 〇 〇 o 〇 〇 〇 〇 △ Ο △ 超試試I粧=板I餓3¾ :劫汰小=6 5 X114 X 2 3 OirnnfigSiSSN嫌 1 500tl-30m i η㈠鄉30m i nx 1 0職. 〇=^as, δ=^ι®κ 本尺度逍用中國國家標準(CNS)甲4規格(210X297公龙） -Ilf - {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 線- A 6 B6 五、發明説明（13) 實施例2 此例中，描述第四及第五實例之氣化鋁一尖晶石型單 塊式耐火材料。表3描述實施例及比較例所用之材料的化 學组成，表4顯示實施例及比較例之單塊式耐火材料之接 和比及性質。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 線- 經濟部屮央標準沿β工消f?合作社印3i 本紙尺度逍用中a國家標準(CHS)甲4規格(210x297公¢) -15 - 203598 五、發明説明（14) m_a 66 ΑΒ 經濟部屮央標準局β工消贽合作社印奴 组份 材料 Si〇2 A1 2〇3 FesOs CaO MgO MgO·A J? 2O3 莫耳比 燒結氧化鋁 0.1 99.3 0-1 0.1 0.1 電熔氧化鋁 0-1 99.5 0.1 0.1 0.1 燒結尖晶石D 0.2 70.5 0.2 0.3 28.9 1.02:0.98 燒結氧化鋁 一尖晶石Β 0-1 89-4 0·2 0.3 10.1 0.44:1.56 電熔氧化鋁 一尖晶石Ε 0.4 82.6 0.2 0.8 14.3 0.60:1.40 氣化鋁水泥 0.2 79.8 0.2 17.7 0.4 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度边用中國國家標準(CNS)甲4規格(210x297公¢) - 16 - A 6 B6 ^〇35θ8 五、發明説明（15) 表4所示之各化合物混以預定置之水，然後在金屬框 中鑄造成形，在20t：熟化24小時，在105t：乾燥 24小時，之後所得之耐火材料如下試驗： 腐蝕試驗 ① 裝置：轉筒式腐蝕試驗裝置 ② 試樣大小：5〇X20〇x65mm ③ 溫度及時間：1650Ό-4小時 ④ 礦渣：LD轉化燼礦渣 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部屮央標準沿Α工消疗合作社印ft,,4 本紙張尺度逍用中a Η家櫺準(CNS)甲4規格(210X297公龙) -17 - 20359¾ 五、發明説明（L6 ) A 6 B 6 經濟部中央標準i.;oc工消f合作社印製 mm ibm 11 12 13 14 15 16 17 4 5 6 7 8 9 10 40 20 20 20 40 40 70 40 10 10 90 摻 和 置 (wtl) mmtm 20 20 20 20 10 40 20 2D 40 20 40 s^fesaxs-ι») 20 10 40 30 50 70 80 30 50 30 50 ao 50 mtsm 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 性 質 8 6 4-5 6 5 5 S*5 u 12 10-5 9 3 15 6 5 4.5 4 8 6 5.5 9 H 8 4 3 18 14 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 裝· 訂 線. 本紙尺度逍用中國國家橒準(CNS)甲4規格(210X297公货) 18 - A 6 B 6 203598 五、發明説明（17) 發明之有利效果 本發明之第一、第二及第三實例之氧化鋁一尖晶石型 單塊式耐火材料因抑制滲渣故習用氧化鋁一尖晶石型單塊 式耐火材料比較下具有良好之抗散裂性，因選擇尖晶石材 料中之M g Ο含量。 而且本發明第四及第五實例之氧化鋁一尖晶石型單塊 式耐火材料兼具良好抗滲渣性及耐腐蝕性，是故可明顯改 善杓等在更嚴格操作接件下所甩之襯套耐火材料之耐用性 且可得到降低耐火材料成本之優越效果。 如上述者，可得本發明氧化鋁一尖晶石型單塊式耐火 材料，一種較少裂纹及散裂之單塊式耐火材料，其為可得 安定化高度耐甩性之材料。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準而A工消设合作社卬3i -19 - 本$張尺度逍用中8國家標準(CNS)甲4規格(210x297公*)