TWI393696B - 耐火物 - Google Patents
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Description
例如,本發明係有關於一種不定形耐火物襯砌於爐內氣體中含有鹼性成分之窯爐等,而於含有鹼性成分之氣體環境下暴露於熱環境中使用。
將製鐵粉塵(Dust)或鐵屑(Sludge)還原去除鋅等之不純物,所得之還原鐵進行再利用為高爐之原料等。第1圖係製鐵粉塵或鐵屑使用於還原之迴轉爐床式還原爐100之顯示圖。
該迴轉爐床爐100具備有中空的圓環狀之爐200,及在爐內旋轉之圓環狀爐床300,以及在爐200之側壁設有預定數之燃燒器400。爐200係在鐵製外壁210之內側,襯砌有矽酸鋁質之耐火物220,可耐爐內1000℃~1300℃之高溫。
再者,耐火物之組成揭示於特開平06-206764號公報。
凝結成顆粒狀之製鐵粉塵或鐵屑供給於爐床,則顆粒500與爐床300一起旋轉於爐內。旋轉於爐內時由於燃燒器400加熱昇溫,以去除顆粒500中所含之鋅等不純物。於是,去除不純物之顆粒500被回收。
如同前述般被回收之顆粒500可循環利用。
關於此點,由於製鐵粉塵或鐵屑中之鈉或鉀等之鹼性成分,以氧化物、碳酸鹽或氯化物等形態存在,故顆粒500
於爐內加熱昇溫,則鹼性成分就以氧化物、碳酸鹽或氯化物等之形態,或鈉或鉀等分解而揮發,因此爐內之氣體含有鹼性成分。於是,揮發之鹼性成分侵入於耐火物內,與耐火物中之氧化鋁及矽反應。耐火物中之氧化鋁與矽如有鹼性成分反應,則反應生成物生成鉀霞石【Kaliophilite,(K2
O‧Al2
O3
‧2SiO2
)】或露塞樹脂【Lucite(K2
O‧Al2
O3
‧4SiO2
)】等而發生大型體積之膨脹。如同前述般於耐火物220內發生部分的體積膨脹之結果,耐火物220剝落而發生耐火物220之壽命縮短之問題。
關於此點,例如在特開平06-206764號公報中,揭示作為相對於高溫鹼性環境之耐火物,係有Al2
O3
為92質量%~98質量%,而CaO為2質量%~8質量%之成分比例者。
根據如前述般之構成,以6Al2
O3
‧CaO之粒界結合部成為骨材之Al2
O3
所被覆,則由於含有鹼性成分之氣體環境下引起Al2
O3
之反應浸蝕,其進行可獲得抑制。
但是,顆粒500加熱昇溫則從顆粒500揮發水分。於是,在特開平06-206764公報所揭示之成分比例中,所含之氧化鈣與水分反應而體積膨脹引起耐火物之熟化(Slaking),發生耐火物無法保持構造之問題。因此,作為製鐵鐵屑還原之爐之耐火物,期望具有高耐久性能之耐火物。
本發明之目的係提供在於含有高溫且鹼性成分之氣體環境下等之嚴酷條件下,可保持耐久性且具壽命長之耐火物。
本發明之不定形耐火物之特徵在於係由下述成分之混合物所構成:2質量%~10質量%之碳化矽及3質量%~10質量%之黏土熟料(Chamotte)中的至少任一者作為輔助原料;黏合材;及,殘餘部分之主原料,其係選自於剛玉(Corundum)、富鋁紅柱石(Mullite)、鋁礬土(Bauxite)、黏土熟料、爐石及二氧化矽中之一種以上;且該不定形耐火物係於含有鹼性成分之氣體環境中在暴露於熱之環境下使用。
舉例來說,將此種構成之耐火物在襯砌於爐內之狀態下於爐內加熱昇溫。如此一來,露出在襯砌於爐內之耐火物表層部分的輔助原料之碳化矽及/或黏土熟料會與爐內氣體所含之鹼性成分於熱中發生反應,暫時熔解之後即被玻璃化。
如同前述般耐火物表層被玻璃化時,可防止爐內的氣體侵入於耐火物內部。
例如,當爐內之氣體含有鹼性成分時,一旦爐內之氣體侵入耐火物中,則鹼性成分會與剛玉或富鋁紅柱石等反應而發生體積膨脹。由於此種與鹼性成分之反應所引起的體積膨脹,耐火物將會剝落,導致耐火物之壽命大幅縮短。
關於此點,本發明中作為輔助原料所含有之碳化矽及/或黏土熟料將會熔融於表面形成玻璃化層而防止氣體侵入,故可防止因反應生成物引起的耐火物之膨脹,提高耐火物之耐久性能且可延長壽命。
在此,令碳化矽為2質量%~10質量%的原因在於,當碳化矽少於2質量%時,玻璃化層之膜生成不完全,無法阻斷氣體之侵入;當碳化矽超過10質量%時,碳化矽被氧化所生成反應生成物之體積膨脹增大,引起耐火物之剝落。
再者,令黏土熟料為3質量%~10質量%的原因在於,當黏土熟料少於3質量%時,玻璃化層之膜生成不完全,無法阻斷氣體之侵入;當黏土熟料超過10質量%時,耐火物全體之融點過低而作為耐火物之機能消失。
再者,黏合材係指:在常溫時,粉末彼此不會黏合而保持於不定形狀態,當昇溫至預定之溫度以上,即可使粉末黏合者。黏合材可舉例如高鋁水泥中添加超微粉氧化鋁及/或超微粉二氧化矽者,或再添加黏土者。
再者,為確保強度,黏合材之含量需在5質量%以上,而為維持耐蝕性,則以22質量%以下為佳。
為維持耐火物的強度,主原料以58質量%~93質量%為佳。
本發明之耐火物於熱中之使用溫度以750℃以上、1400℃以下為佳。
如未達750℃以上,則碳化矽及/或黏土熟料熔融而難於生成玻璃被膜。
但是,耐火物於預定時間預先昇溫至750℃以上使耐火物之表層形成玻璃化層,當然於耐火物之耐火溫度之1400℃以下亦可使用。
再者,如超過1400℃,則玻璃被膜易於熔解而不佳。
再者,輔助原料之碳化矽及/或黏土熟料,與爐內氣體所含之鹼性成分於熱中發生反應,暫時熔融後而玻璃化時,為要充分形成玻璃化層之厚度,鹼性成分之濃度以0.1容量%以上為佳。
例如,當製鐵粉塵或鐵屑用於作為被加熱體時,由於鹼性成分之鈉或鉀係以氧化物、碳酸鹽、或氯化物之形態含有,因加熱、一部分分解或還原,故認為作為環境氣體中所含之鹼性成分係氧化物形態之氧化鉀或氧化鈉,而金屬蒸氣為鉀、鈉、碳酸鹽、氯化物等。其中,特別是氧化物之形態之氧化鉀或氧化鈉,金屬蒸氣之鉀、鈉,對於耐火物之體積膨脹影響甚鉅。
因此,當氣體成分中之氧化鉀或氧化鈉、鉀、鈉含有0.1容量%以上時,特別宜於發揮本發明耐火物之效力。另一方面,作為氣體中之鹼性濃度之上限,考慮到後處理設備之腐蝕或粉塵之堆積問題,故以10容量%以下為佳。
再者,氣體中之鹼性成分濃度難於直接測定,故實際上,目前情況是從被加熱體中之鹼性成分濃度,及被加熱體之量,以及作為對象之爐內容積等計算求得。
再者,如同上述,雖有發生鹼性成分之氣體,而作為環境氣體中之其他成分,可舉例如在氧化環境中加熱時則有氧氣或二氧化碳氣、水分、氮氣等;在還原環境中加熱時則有一氧化碳氣、氫氣等。
本發明中,前述黏合材以10質量%以下之高鋁水泥、7質量%以下之超微粉氧化鋁、及/或5質量%以下之超微粉二
氧化矽為佳。
在如同前述般之構成下,當黏合材以高鋁水泥作成1質量%以下時,對於高鋁水泥之體積膨脹影響不大,故可達成作為耐火物之機能。另,高鋁水泥含量之下限值雖未特予限制,就以確保強度之點而言,以3質量%以上為宜。
再者,當超微粉氧化鋁超過7質量%,則由於與氣體中之鹼性成分反應引起體積膨脹之影響增大,故以7質量%以下為佳。另一方面,將超微粉二氧化矽作為5質量%以下,亦是基於相同的理由。超微粉氧化鋁及超微粉二氧化矽含量之下限值,雖未特予限制,就以確保粉末之分散及強度之點而言,以1質量%以上為宜。
再者,超微粉添加之目的,雖與分散材組合以確保流動性,及與高鋁水泥反應以顯示高強度有關,但為要充分達到目的,超微粉氧化鋁、超微粉二氧化矽皆以粒徑10μm以下為宜。另,超微粉氧化鋁、超微粉二氧化矽雖皆未特別規定粒徑之下限值,就以確保粉末之分散及強度之點而言,以1μm以上為宜。
本發明中,以含有前述2質量%~10質量%之碳化矽及前述3質量%~10質量%之黏土熟料的至少任一者,其粒徑為200μm以下為佳。
在如同前述般之構成下,由於使碳化矽及/或黏土熟料之粒徑成為200μm以下,造成碳化矽及/或黏土熟料易於熔融,而在耐火物之表面易於形成玻璃被膜。
其結果,在耐火物之表面形成玻璃被膜,防止氣體侵
入於耐火物內部,故可提高耐火物之耐久性能。
再者,碳化矽及/或黏土熟料之粒徑下限值雖未特予規定,但作成小於10μm,在熔融而形成玻璃被膜之點而言,為要效果達到飽和則需作成10μm以上為佳。
再者,本發明係形成於窯爐內部之耐火物,將前述之任一記載之不定形耐火物襯砌於爐內之後,含有鹼性成分之氣體環境下暴露於熱環境中使用,則在表層生成厚度1mm以下之玻璃化層。
具體而言,當本發明的耐火物暴露於爐內溫度作為750℃以上、1400℃以下之熱中,而暴露於爐內之氣體成分為含有鹼性成分之氣體時,則鹼性成分與作為輔助原料添加之碳化矽、及/或黏土熟料發生反應生成玻璃化層。重要者其厚度需在1mm以下。因為玻璃化層厚度超過1mm,則當爐進行修補予以冷卻時則會發生剝離。另一方面,玻璃化層厚度之下限雖未特予規定,由於在小於30μm時,由於無法充分防止含有鹼性成分之氣體的侵入,故以30μm以上為佳。
再者,本發明之耐火物用於實爐時,玻璃化層厚度通常以200μm以下之情形較多。
相關於前述耐火物之發明中,前述不定形耐火物襯砌於內部後,在耐火物表面上塗布有於750℃以上熔融,且以含有二氧化矽(SiO2
)、鹼性金屬之氧化物(例如氧化鋰、氧化鈉)及氧化鋁之溶液,然後以在含有鹼性成分之氣體環境下暴露於熱中者為佳。
在此,溶液以二氧化矽作為主成分,雖可用含有鹼性金屬之氧化物及氧化鋁者,不過在溶液中之各成分,使之成為二氧化矽為70~97質量%、鹼性金屬之氧化物為2~10質量%及氧化鋁為1~20質量%為佳,除此之外,溶液例如亦可含有氧化鎂、氧化硼等。
溶液,在於750℃以上熔融,以旋轉圓筒法【例如,參照「熔鐵、熔渣之物性值便覽」(日本鋼鐵協會編)p35】測定之黏度為1200℃時,以使成為0.1Pa.s以上為佳,而以50μm以上、小於500μm之膜厚所形成之皮膜為佳。
當膜厚小於50μm時,由於含有鹼性成分之氣體的遮斷效果減低。另一方面,膜厚使之小於500μm係由於其以上時,不單是其含有鹼性成分之氣體的遮斷效果不變,在溶液之特性上,必須施行複數次之塗布反而增加作業量之關係。
在此,將塗布溶液的黏度之溫度以1200℃作為基準,係認為相當於氣體為燃料之爐的使用溫度有關。前述溶液之黏度上限值雖未特予規定,就施工性之點而言,以0.5Pa.s以下為佳。
前述之溶液係在常溫下噴塗、經乾燥以去除水分使之玻璃化。此後,昇高至運轉溫度,當爐內溫度達到750℃以上,則一部分開始熔融被覆於耐火物全體,在運轉時與含有鹼性成分之氣體反應形成玻璃化層,對於此後之含有鹼性成分之氣體侵入可以防止。另,在750℃以上使熔融開始,係由於含有鹼性成分之氣體之揮發溫度約為750℃之關
係。
由於如前述般將溶液塗布形成皮膜,故比溶液未塗布時,可確實防止含有鹼性成分之氣體侵入於耐火物,且可更延長耐火物之壽命。
但是,如同前述般以遮斷含有鹼性成分之氣體作為目的,雖將前述之溶液塗布使之形成被膜,由於在熱中使用引起被膜發生剝離或熔融。在此種情形下,本發明之耐火物與氣體中之鹼性成分於熱環境中發生反應,一旦於熔融之後玻璃化因而形成了玻璃化層,故可藉由玻璃化層防止含有鹼性成分之氣體侵入於耐火物中。
本發明係作為窯爐亦可成立者,具體而言,須具備下列之構成者。
即,相關於本發明之窯爐,係以前述不定形耐火物襯砌於內部且耐火物於複數之區域施工,且於鄰接區域間以可縮性之耐火材施工,而各個區域之設定應膨脹量相對於使用溫度時之前述耐火物之理論膨脹量(D)係在下式(1)之範圍內。
再者,相關於本發明之窯爐,係以具有前述耐火物所形成之複數區域,且於鄰接區域間設有可縮性耐火材,而各個區域之設定應膨脹量相對於使用溫度時之前述耐火物之理論膨脹量(D)係在下式(1)之範圍內:
A:與鄰接區域之間隔
P:可縮性耐火材之可縮率
Bi:構成區域之不定形耐火物之至少施加於爐內側之縫隙之寬度方向長度
D:使用溫度時之不定形耐火物之理論膨脹量
i,n:0以上之整數
通常,在以氣體作為對象之窯爐,由於熱環境狀態易使耐火物膨脹,故於爐內襯砌不定形耐火物時,在以不定形耐火物構成之複數的區域分別進行施工,而由於鄰接區域具有預定之間隔,故可防止耐火物因加熱膨脹時引起互相擠壓而凸出。
再者,由於該不定形耐火物至少於爐內側所產生之縫隙進行施工,故相當於該縫隙之寬度方向長度之空間,亦於耐火物加熱膨脹時,具有防止互相擠壓而凸出之效果。(以下,亦有將「不定形耐火物之區域之預定間隔」或「縫隙形成之空間」總稱為「應膨脹量」記載。)
再者,在與前述之鄰接區域間之空間,以可吸收耐火物膨脹之可縮性耐火材施工。
具體的以第1圖說明之。如第1圖所示,應膨脹量係貫通至耐火物之背面,且通常有以不讓氣體洩漏之可縮率高之耐火材102充填,與於表面之間隔處所形成縫隙105(以下,亦有以「刻痕線」記載)為主之兩種情形。第1圖所示之應膨脹量中,係以耐火物101之背面具有絕熱磚103,在其背面有鐵皮104所成之構造。
再者,在前述之鄰接區域間之空間所充填之耐火材102
係使用可縮性耐火材,而以氣體為燃料之爐可舉例如Al2
O3
-SiO2
系之陶瓷纖維或MgO-SiO2
系之陶瓷纖維等。應膨脹量係當耐火物襯砌窯爐內部時於事前所設定者,其指標係使用當於使用溫度時之該耐火物之理論膨脹量。該理論膨脹量可根據JIS R 2555規定之方法測定的加熱線性膨脹率求得。
通常,在使用氣體為燃料之爐,為防止從爐內洩漏氣體起見,應膨脹量設定為小於理論膨脹量之0.5倍之值,由於耐火物之施工,耐火物之區域彼此強烈擠壓可縮性耐火材,故可防止氣體之洩漏。諸如這般,在事前所設定之應膨脹量,在本專利申請則定義為「設定應膨脹量」。
相對於此,爐內存在含有鹼性成分之氣體時,即,由於耐火物在含有鹼性成分之氣體環境下暴露於熱中引起耐火物之膨脹增大,及使用作為輔助原料之碳化矽時氣體環境中存有氧氣時,則與該氧氣反應生成二氧化矽使耐火物之膨脹更大乙節獲得重新之了解,重要的是因而重新發現必須將設定應膨脹量大於習知者。
具體而言,了解設定應膨脹量係相對於使用溫度時之不定形耐火物之理論膨脹量(D),使之成為0.5倍以上、2倍以下為佳,以式表示則成為下式(1)。
A:與鄰接區域之間隔
P:可縮性耐火材之可縮率
Bi:構成區域之不定形耐火物之至少施加於爐內側之縫隙之寬度方向長度
D:使用溫度下之不定形耐火物之理論膨脹量
i,n:0以上之整數
再者,式(1)之中邊之意義係「pA」係表示當可縮性耐火材於使用溫度時收縮之寬度方向長度,【ΣBi】係表示縫隙之寬度方向長度的總和。
在此,將i,n作為0以上整數,係由於僅以可縮性耐火材施工時與鄰接區域之間隔作為設定應膨脹量之設定。
當設定應膨脹量相對於前述理論膨脹量(D)少於0.5倍時,則促進含有鹼性成分之氣體與耐火物之反應,耐火物之膨脹量大幅引起耐火物相互緊迫之同時,在於爐冷卻時則與鹼性之反應層發生剝離,耐火物之厚度減小。特別於使用碳化矽時而氣體環境中存有氧氣時,則由於與該氧氣反應生成二氧化矽,使耐火物膨脹更大,因此耐火物相互擠壓更為顯著而不佳。
另一方面,當相對於理論膨脹量(D)超過2倍時,則由於在鄰接之耐火物的區域間之空間,施工所用之可縮性耐火材之密封性降低,使爐內氣體轉向耐火物背面,可能引起爐殼之鐵皮赤熱而不佳。
根據本發明,作為輔助原料所含有碳化矽及/或黏土熟料熔融於表面形成玻璃化層,由於可防止氣體之侵入,故可防止反應生成物引起耐火物之膨脹,提高耐火物之耐久性能且延長壽命。另,由於以預定之形狀之溶液塗布而在
耐火物上塗布形成膜,進而可延長壽命。另,由於設定應膨脹量可充分確保,故耐火物雖在熱中膨脹,可以防止耐火物相互擠壓凸出。
第1圖係用以說明設定膨脹代之模式圖。
第2圖係有關本發明之耐火物之實施例、習知例及對比例之顯示圖。
第3圖係迴轉式爐床爐之爐之剖視圖。
第4圖係迴轉式爐床爐之爐之剖視圖。
第5圖係迴轉式爐床爐之爐之剖視圖。
第6圖係樣品形狀之顯示圖。
第7圖係顯示碳化矽含量與殘存膨脹量之關係圖。
第8圖係顯示相對於黏土熟料含量之殘存膨脹量與液相率之關係圖。
第9圖係溶液塗布影響於殘存膨脹量之顯示圖。
第10圖係迴轉爐床式還原爐之顯示圖。
以下,說明有關本發明之實施形態。
第2圖係有關本發明之耐火物之實施例、習知例及對比例之顯示圖。
耐火物係不同粒度之粉末以預定之比例混合所成之混合物中混合有黏合材者。本發明之實施例中,混合時以可達成充填最緻密構造之比例,以混合各種粒徑之粒子。粒
子之粒徑可分類為3mm以上、1~3mm以上、200μm~1mm、200μm以下、10μm以下之範圍。另,粒徑係以具有預定篩孔之篩所分類者。
但是,本發明之實施例中,含有選自於剛玉、富鋁紅柱石、鋁礬土、黏土熟料、爐石、二氧化矽之一種以上的主原料、黏合材及輔助原料,其中輔助原料含有2質量%~10質量%之碳化矽及3質量%~10質量%之黏土熟料的至少任一者。另,所含之碳化矽及黏土熟料之粒徑為200μm以下。另,黏合材含有10質量%以下之高鋁水泥、7質量%以下且粒徑10μm以下之超微粉氧化鋁及5質量%以下且粒徑10μm以下之超微粉二氧化矽的至少任一者。
具體而言,實施例1~3中,主原料為富鋁紅柱石。
然而,在實施例1中,輔助原料含有3質量%且粒徑200μm以下之碳化矽,而黏合材含有8質量%之高鋁水泥、5質量%且粒徑10μm以下之超微粉氧化鋁,及3質量%且粒徑10μm以下之超微粉二氧化矽。
在實施例2中,輔助原料含有3質量%且粒徑200μm以下之黏土熟料,而黏合材含有8質量%之高鋁水泥、5質量%且粒徑10μm以下之超微粉氧化鋁,及3質量%且粒徑10μm以下之超微粉二氧化矽。
在實施例3中,輔助原料含有3質量%且粒徑200μm以下之碳化矽、同時含有5質量%且粒徑200μm以下之黏土熟料,而黏合材含有8質量%之高鋁水泥、5質量%且粒徑10μm以下之超微粉氧化鋁及3質量%且粒徑10μm以下之超微粉
二氧化矽。
其次,如同前述般之成分組成及粒徑比例之耐火物用以襯砌於爐內部之形態,參照第3~5圖說明之。
第3~5圖係在第10圖(背景技術)所說明之迴轉式爐床爐100之爐200之剖視圖。
首先,例如依實施例1、2、3之順序混合之耐火物600,將耐火物600注入爐內襯砌內部(第3圖)。然後,將製鐵粉塵及鐵屑之顆粒500供給於爐內之同時,燃燒器400點火加熱昇溫至750℃~1300℃(第4圖)。
此時,從顆粒500去除鋅等不純物之同時,顆粒500所含之鹼性金屬之氧化物(氧化鈉,氧化鉀)、碳酸鹽、氯化物等之鹼性成分就原樣揮發,或分解或還原而揮發。
該等之鹼性成分係來自粉塵或鐵屑濃化之成分,一般於0.1質量%以上則可檢出。由於此類之粉塵或鐵屑之顆粒於熱中處理,在環境氣體中就會含有0.1容量%以上之鹼性成分。
從顆粒500揮發之鹼性成分,在耐火物600之表層與耐火物600所含之碳化矽及/或黏土熟料反應。相對於碳化矽及/或黏土熟料,有鹼性成分(鈉或鉀)發生反應生成低融點之生成物,同時由於爐內之高溫(750℃~1300℃)一旦熔融後被玻璃化。於是,如第5圖所示,耐火物600之表面形成玻璃被膜610。
在如同前述般之耐火物600之表層,因形成玻璃被膜610,則鹼性成分被玻璃被膜610所遮蔽而未侵入耐火物600
之內部。其結果,由於耐火物600與鹼性之反應未發生體積膨脹,故耐火物600之耐久性提高、因而耐火物600之壽命延長。
其次,說明有關以第2圖之實施例1、2、3混合而成之耐火物之試驗結果。
對於相關於本發明之實施例1、2、3,及習知例1、2與不屬於本發明之成分比例之對比例1施行實驗。
說明有關實驗方法。
首先,實施例1~3、習知例1、2及對比例1之成分比例與粒度比例之耐火物,作成如第6圖所示砌成磚狀之各種樣品。樣品大小為114mm×65mm×230mm。然後,在迴轉爐床爐100之實爐,從位於顆粒500之供給口之3/4周下流側之進入口部,設置各樣品。
再者,迴轉爐係使用新日鐵君津製鐵所之實爐。
爐內的溫度約為1270℃、空氣比約為0.95。顆粒所含之鹼性成分有氧化鉀為1質量%、氧化鈉為1質量%。在此狀態下,經過暴露試驗3個月之後,回收樣品測定膨脹量。測定之膨脹量係以樣品的高度a與長度b之各個膨脹率之平均。
試驗結果,在往例1顯示1.0容量%以上之膨脹,習知例2示0.5容量%之膨脹。相對於此,實施例1、2之膨脹量為0.2容量%,而實施例3中,膨脹量抑制於0.1容量%。另,在對比例1中,樣品由於發生有熔融部分故無法測定。
再者,切取各實施例之耐火物之樣品,將其埋於樹脂
中,根據觀察研磨之斷面組織,經測定玻璃化層之厚度,各實施例中之耐火物表面之玻璃化層厚度,實施例1約為300μm,實施例2約為300μm,實施例3約為200μm。
本發明之效果從以上的實驗獲得確認。
再者,第7圖係顯示碳化矽含量與殘存膨脹量之關係曲線,第8圖係顯示相對於黏土熟料含量之殘存膨脹率與液相率之關係圖。另,第8圖中,液相率係在1300℃狀態下之理論值。第7圖、第8圖之資料分別表示於第1、2表。
關於第7圖之說明,顯示當碳化矽少於2質量%時,殘存膨脹量增大。對於此,認為由於碳化矽過少,在耐火物表面所形成之玻璃被膜不完全,含有鹼性成分之氣體侵入
耐火物內部,促使耐火物與鹼性進行反應。
再者,當碳化矽超過10質量%時,亦顯示耐火物之殘存膨脹量增大。對於此,認為碳化矽過多,則因碳化矽本身與含有鹼性成分之氣體反應,對於生成之反應生成物體積之膨脹影響增大。故碳化矽之含量以調整為2質量%~10質量%為佳。
其次,關於第8圖之說明,顯示當黏土熟料含量多時,殘存膨脹量減小。因此,有關黏土熟料之含量,顯示以在耐火物之表面有效形成玻璃被膜之3質量%以上的程度為佳。另一方面,可知黏土熟料含量過多則耐火物之融點降低,溶解比例增多而液相率提高。因此,黏土熟料之含量,必須將耐火物之融點調整為不過分下降之程度。故黏土熟料之含量以調整為3質量%~10質量%為佳。
第3表係顯示耐火物表面所塗布之溶液之實施例4、5、6者。任一例皆於750℃以上開始熔融,而於1200℃時之黏性為0.1Pa.s以上者。敘述有關第10圖之迴轉爐床式還原爐100內部襯砌前述不定形耐火物後,塗布塗層材料時之效果。
首先,將實施例4~實施例6之塗層材料以離線(Ofline)塗布於實施例1之材料,切取各實施例之塗層材料所塗布之耐火物之樣品,將其埋於樹脂中,根據觀察研磨斷面之組織,經測定塗層材料之皮膜厚度,塗層材料之皮膜厚度皆約為100μm。
其次,如同前述之方法,以迴轉爐床爐100實爐用以進行暴露試驗。準備未塗布任何之實施例1之材料本身,及將實施例5之塗層材於實施例1之材料上,以前述離線塗布之條件同樣之條件所塗布者。樣品之大小為114mm×65mm×230mm。然後,在迴轉爐床爐100之實爐,從位於顆粒500之供給口之3/4周下流側之進入口部,設置各樣品。
再者,迴轉爐係使用新日鐵君津製鐵所之實爐。
爐內的溫度約為1270℃、空氣比約為0.95。在此狀態下,經過暴露試驗3個月之後,回收樣品測定膨脹量。測定之膨脹量係以樣品的高度a與長度b之各個膨脹率之平均。
試驗結果,如第9圖所示,實施例5之未塗布者雖顯示0.2容量%之膨脹,而有塗布者之膨脹量可抑制至0.05容量%。
再者,暴露試驗後之樣品以核心鑽孔方式採樣,經觀察所採取之耐火物之斷面,確認有塗層材料之一部分剝離,暴露中雖有塗層材料剝離,但經塗布則膨脹量可更加以抑制。
其次,在實爐施工不定形耐火物時,其設計之想法顯示如下。
首先,從預定之作業條件決定使用溫度。其次,從使
用溫度根據JIS R 2555所測定之加熱線性膨脹率,求得該耐火物之理論膨脹量。然後,在下式(1)之上限值與下限值之範圍內,任意決定設定應膨脹量。然後,為要符合於須確保之設定膨脹量,則可決定刻痕線之數n,間隔Bi與對應於可縮性耐火材之可縮率之區域的間隔A。
(i,n係0以上的整數)
具體而言,使用式(1)進行設計時之想法以適用於迴轉爐床爐時,以迴轉爐床爐施工時為例說明如下。
當迴轉爐床爐施工時,假設約以2m間隔,以實施例1之耐火物施工於可澆性之壁的情形。
從預定的作業條件決定使用溫度為1300℃。在該溫度之理論膨脹率係根據JIS R 2555求得為0.8%。結果作業面之理論膨脹量為16mm。
因此,根據式(1)作為設定應膨脹量,以確保於8mm以上、32mm以下為佳。因此,假設本次係以確保32mm之設定應膨脹量作為選擇。
刻痕線僅設定為一處,間隔須確保為11mm。其結果,必須採取剩餘21mm之應膨脹量作為耐火物區域之間隔。在此,為要可縮率70%之Al2
O3
-SiO2
的陶瓷纖維於耐火物區域間之空間進行施工,則區域之間隔A為:0.7×A=32mm-11mm=21mm A=21mm÷0.7=30mm
如同前述般,為使之符合於設定膨脹量,則可設計耐火物之施工。
再者,本發明不受前述之實施形態所限制,在本發明之目的可達成之範圍內之變形、改良等,均包含於本發明內。
例如實施例中,主原料雖是富鋁紅柱石,主原料亦可選自於剛石、富鋁紅柱石、鋁礬土、黏土熟料、爐石、二氧化矽之一種以上者。
粒徑之比例未特予限制者,從粗粒到細粒之粉體以預定之比例混合即可。但,作為耐火物混合時以可成為緻密之比例為佳。
但是,根據本發明之主旨,所含有碳化矽及黏土熟料之粒徑雖以200μm以下為佳,不過未受其限制,例如可適當地達到被玻璃化之程度即可,例如300μm以下亦可。
再者,在前述實施形態中,雖以利用迴轉爐床爐之耐火物之情形為例說明,作為耐火物可利用於其他種種之用途。
例如,爐內溫度於400~1500℃,亦可適用於還原環境之高爐旋轉軸部。
或,在玻璃熔解爐中,亦可適用於不與熔融玻璃接觸之熔解槽之頂棚部或蓄熱室壁等。該等之部分已知是從玻璃發生之鹼性蒸氣,溫度亦居高溫之750℃~1400℃,耐火物亦受鹼性蒸氣之浸蝕而損傷之部位。
再者,在於焚化爐,亦可適用於溫度為750℃~1400℃且存有鹼性蒸氣之部分。例如,只要是加煤機式則從燃燒
段起至後燃燒段之壁部分,而流動床式則分離板(Freeboard)部或氣體冷卻室上部等均可適用。
本發明可適當地使用於產生鹼性蒸氣之瓦斯爐。
100‧‧‧迴轉式爐床爐
600‧‧‧耐火物
200‧‧‧爐
610‧‧‧玻璃被膜
210‧‧‧外壁
101‧‧‧耐火物
220‧‧‧耐火物
102‧‧‧可縮性耐火材
300‧‧‧爐床
103‧‧‧絕熱磚
400‧‧‧燃燒器
104‧‧‧鐵皮
500‧‧‧顆粒
105‧‧‧刻痕線
第1圖係用以說明設定膨脹代之模式圖。
第2圖係有關本發明之耐火物之實施例、習知例及對比例之顯示圖。
第3圖係迴轉式爐床爐之爐之剖視圖。
第4圖係迴轉式爐床爐之爐之剖視圖。
第5圖係迴轉式爐床爐之爐之剖視圖。
第6圖係樣品形狀之顯示圖。
第7圖係顯示碳化矽含量與殘存膨脹量之關係圖。
第8圖係顯示相對於黏土熟料含量之殘存膨脹量與液相率之關係圖。
第9圖係溶液塗布影響於殘存膨脹量之顯示圖。
第10圖係迴轉爐床式還原爐之顯示圖。
Claims (6)
- 一種不定形耐火物,其特徵在於係由下述成分之混合物所構成:2質量%~10質量%之碳化矽及3質量%~10質量%之黏土熟料中之至少任一者作為輔助原料;5~22質量%之黏合材;及58~93%質量%之殘餘部份之主原料,其係選自剛玉、富鋁紅柱石、鋁礬土、黏土熟料、爐石及二氧化矽中之一種以上;且,前述黏合材為下述成分之混合物:10質量%以下之高鋁水泥;以及1質量%以上且7質量%以下之粒徑1μm以上且10μm以下之超微粉氧化鋁、及1質量%以上且5質量%以下之粒徑1μm以上且10μm以下之超微粉二氧化矽中之至少任一者;並且,該不定形耐火物係於含有鹼性成分之氣體環境下暴露於750℃以上且小於1400℃以下之熱之環境中使用,並且藉由生成玻璃化層來防止含有鹼性成分之氣體侵入耐火物內部。
- 如申請專利範圍第1項之不定形耐火物,其中前述碳化矽及前述黏土熟料中之至少任一者的粒徑為10μm以上且200μm以下。
- 一種耐火物,係形成於窯爐之內部者,其特徵在於:將如申請專利範圍第1項之不定形耐火物襯砌於爐內部 後,在含有鹼性成分之氣體環境下暴露於熱之環境中使用,並且於表層生成有厚度30μm以上且1mm以下之玻璃化層。
- 如申請專利範圍第3項之耐火物,其將前述不定形耐火物襯砌於內部後,在耐火物表面塗布會於750℃以上的溫度熔融、以二氧化矽為主成分且含有鹼金屬之氧化物及氧化鋁的溶液,然後於含有鹼性成分之氣體環境下暴露於熱中者。
- 一種窯爐,其特徵在於:於內部襯砌有如申請專利範圍第1項之不定形耐火物,前述耐火物係在複數之區域施工,且鄰接區域間係以可縮性耐火材施工,而各個區域之設定應膨脹量相對於使用溫度下之前述耐火物之理論膨脹量(D)係在下式(1)之範圍內:
- 一種窯爐,其特徵在於:具有如申請專利範圍第3項之耐火物所形成之複數區域,且於鄰接區域間設有可縮性耐火材,而各個區域之設定應膨脹量相對於使用溫度時 之前述耐火物之理論膨脹量(D)係在下式(1)之範圍:
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