TWI394842B - Insulation material - Google Patents

Description

隔絕材料

本發明是有關於一種隔絕材料，特別是指一種用於盛鋼桶爐的隔絕材料。

盛鋼桶爐是煉鋼工業中，用於盛容經過轉爐(BOF)或電弧爐煉製出來後的鋼液，以進行二次高溫精煉過程的重要設備之一。

參閱圖1，盛鋼桶爐包含一具有一內壁面111的桶體11，及一設於該內壁面111以接觸鋼液的內襯層12，當以盛鋼桶爐盛裝鋼液進行提高清淨度、除硫、調整合金成分，及均溫處理的攪拌過程時，即可藉著內襯層12的存在，緩衝鋼液、鋼渣直接對桶體造成的磨蝕，進而延長盛鋼桶爐的實際使用壽命。

早期，構成內襯層的隔絕材料是由燒結而成的粘土磚和高鋁磚，這類型的隔絕材料在使用過程中顯示出較差的抗熱震剝落性和耐侵蝕性，且使用壽命低，平均約只可耐10次的煉鋼製程；而隨著煉鋼技術的發展，對構成內襯層的隔絕材料的要求亦愈來愈高，在20世紀初即成功的以鋁鎂不燒磚為構成內襯層的隔絕材料，雖可提升使用壽命，但仍存在鋼渣易滲透至內襯層中，導致組織結構改變而構造性的抗熱震剝落性能變差；為了克服鋁鎂不燒磚耐滲透性差、容易產生熱剝落的問題，陸續又研製了鋁鎂碳不燒磚、鎂鉻磚等隔絕材料，但隨著環保間題的日益嚴重，鎂鉻製品在使用後產生的六價鉻已成為世界公認的污染問題，而不適宜繼續使用。

為此，如何發展出具有熱膨脹率低、好的抗鋼渣滲透能力，及較佳的耐鋼液磨蝕性能的隔絕材料，以增加內襯層之耐熱震剝落性及使用壽命，進而提升煉鋼爐桶的使用壽命，實為相關業者持續努力改善的方向之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種構成盛鋼桶爐之內襯層的隔絕材料，可提昇該內襯層的熱體積穩定性、抗熱震剝離性能，及耐爐渣滲透性。

於是，本發明一種隔絕材料，用於構成一盛鋼桶爐接觸鋼液的一內襯層。

該隔絕材料包含白剛玉尖晶石，且該白剛玉尖晶石的組成份包括以白剛玉尖晶石的總重量百分比為100%計，重量百分比為75%~85%的白鋼玉，及重量百分比為15%~25%，且平均粒徑不大於0.3mm的鋁鎂尖晶石，其中，白鋼玉還包括以白剛玉的總重量百分比為100%計，重量百分比不小於99%的三氧化二鋁，鋁鎂尖晶石還包括以鋁鎂尖晶石的總重量百分比為100%計，重量百分比不小於68%的三氧化二鋁。

本發明之功效在於：提供一種構成盛鋼桶爐之內襯層的隔絕材料，該隔絕材料的組成份包含重量百分比為75~85%的白鋼玉，及重量百分比是15~25%且粒徑不大於0.3mm的鋁鎂尖晶石，可提升該內襯層的熱體積穩定性、耐爐渣滲透性，及抗熱震剝落性，而提升盛鋼桶爐的使用壽命。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

本發明一種隔絕材料的較佳實施例，是用以構成盛鋼桶爐的內襯層，該盛鋼桶爐的結構與圖1所示之盛鋼桶爐結構相同，不同的是構成該內襯層的隔絕材料是由白剛玉尖晶石構成。

該白剛玉尖晶石的組成份包括以白剛玉尖晶石的總重量百分比為100%計，重量百分比為75%~85%的白鋼玉，及重量百分比為15%~25%，且平均粒徑不大於0.3mm的鋁鎂尖晶石，其中，該白鋼玉包括以白剛玉的總重量百分比為100%計，重量百分比不小於99%的三氧化二鋁，該鋁鎂尖晶石包括以鋁鎂尖晶石的總重量百分比為100%計，重量百分比不小於68%的三氧化二鋁。

由於白鋼玉具有良好的高溫体積穩定性，且鎂鋁尖晶石(MgO‧Al₂ O₃ )具有良好的耐剝落性、抗熱震性，以及低熱傳導率、高耐酸/鹼性爐渣侵蝕性的優點，因此將白鋼玉及鎂鋁尖晶石均勻混合、燒結後製得之白鋼玉尖晶石不僅具有較佳的耐爐渣滲透性，及抗熱震剝落性，同時因鎂鋁尖晶石具有較穩定的化學性質，因此對鹼性鋼液亦具有較強的抵抗能力。

要說明的是，當該鋁鎂尖晶石的重量百分比小於15%時，由於添加量不足，會使得內襯層的抗熱震剝落性、耐磨蝕性及體積穩定性無法達到要求，而當鋁鎂尖晶石的重量百分比為大於25%，則因添加量過高導致成本增加，因此，該鋁鎂尖晶石的重量百分比為介於15~25%之間。

另外，當鋁鎂尖晶石的粒徑大於0.3mm時，由於分散後之均勻性較差且單位體積密度較低，亦會使得內襯層的抗熱震剝落性、耐鋼液磨蝕性及體積穩定性無法達到要求。

又，值得一提的是，當該白鋼玉的粒徑大於5mm時，則於生胚壓模時較不容易成型，因此，較佳地，該白鋼玉的粒徑應控制在不大於5mm。

具體的說，以本發明該較佳實施例之白剛玉尖晶石製備該盛鋼桶爐之內襯層的方法，是先將重量百分比介於75~85%，粒徑不大於5mm的白鋼玉，及重量百分比為15~25%且粒徑不大於0.3mm的鋁鎂尖晶石，以攪拌機混合，壓模製成厚度為152~178mm之生胚體後，再於隧道窯經1500℃燒成，即可製得本發明構成盛鋼桶爐之內襯層材料的白剛玉尖晶石磚。

＜滲透膜厚度量測＞

將上述本發明之白剛玉尖晶石磚與習知的鎂鉻磚，採用旋轉式爐渣侵蝕試驗法(ASTM C874)，試驗使用合成渣(CaO/SiO₂ =1.82)，合成渣成份：CaO 41.00%、Al₂ O₃ 7.36%、SiO₂ 22.5%、MgO 1.52%、MnO 1.52%、T.Fe 11.6%、Cr₂ O₃ 3.07%，低碳鋼與合成渣比為1：1，每一循環試驗之溫度條件為1700℃×30min.，鋼渣倒出後再施以壓縮空氣急冷10min.，以達到熱震效果，試驗之循環次數為6回，當試驗時鋼渣在攪拌過程中，鋼渣經由該內襯層表面滲透至該內襯層時，會與該內襯層反應形成一具有深色(褐黑色)的滲透膜，即可量測該滲透膜的厚度。

＜高溫折斷強度量測＞

分別將上述以本發明之白剛玉尖晶石磚與習知的鎂鉻磚，採用三點支撐折斷強度測試法，跨距100mm，利用TAIKO LF-HOB-K型高溫強度試驗機進行量測，樣品尺寸：25×25×150mm，加壓速率：5Kg/Sec，昇溫至1500℃保持1小時後測試之。

＜煉鋼盛桶使用壽命量測＞

將具有由白剛玉尖晶石磚為構成材料且厚度為152mm之內襯層的盛鋼桶爐，及由鎂鉻磚為構成材料且厚度為152mm之內襯層的盛鋼桶爐，盛裝不同成份之鋼液，經不同的煉鋼製程後，量測該內襯層的厚度，當內襯層的厚度小於60mm時即判定為無法使用。

每一回的煉鋼製程：不鏽鋼液是在1700℃、持續3-5小時；碳鋼液是在1600℃、持續1-3小時，每煉製一回即量測鎂鉻磚及白剛玉尖晶石磚的厚度，當鎂鉻磚及白剛玉尖晶石磚的厚度小於60mm時即判定為無法使用。

茲將本發明之白剛玉尖晶石磚所表現出之基本物理性質、滲透性、高溫折斷強度，及具有由白剛玉尖晶石為材料構成之內襯層的煉鋼盛桶使用壽命的量測結果分別整理於表一、表二，及表三。

由表一中本發明之白剛玉尖晶石磚所表現出之物理性質可知其再熱線變化率極小(±0.5%)，表示在煉鋼製程中該白剛玉尖晶石磚不會因溫度的變化而使體積大幅的變化，可維持體積的熱穩定性，因此可有效的降低內襯層因溫度變化造成的熱震剝落。

而由表二的量測結果可知，經3小時高溫鋼渣攪拌後，本發明該白剛玉尖晶石磚形成的滲透膜厚度(1mm)比鎂鉻磚形成的滲透膜厚度(15mm)明顯減少，顯示本發明該內襯層可有效的抵抗爐渣之滲透，結構不易被滲透破壞，因此可有效的遏止構造性熱震剝落，而再由高溫折斷強度(MPa)的結果得知，剛玉尖晶石磚的高溫折斷強度佳，因此有利於提升該內襯層的抗鋼液磨蝕性。

另外，再由表三的使用壽命結果得知明，該內襯層不論是使用於不銹鋼液或碳鋼液，均可表現出極為優越的使用壽命。

綜上所述，本發明提供一種由白剛玉尖晶石構成的隔絕材料，該白剛玉尖晶石包括組成份為包括重量百分比為75~85%，且粒徑不大於5mm的白鋼玉，及重量百分比為15~25%且粒徑不大於0.3mm的鋁鎂尖晶石，由該隔絕材料構成之內襯層，可提升該內襯層的熱體積穩定性、耐爐渣滲透性，及抗熱震剝落性，而可進一步提升盛鋼桶爐的使用壽命，故確實可達到本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11．．．桶體

111．．．內壁面

12．．．內襯層

圖1是一剖視圖，說明習知盛鋼桶爐結構。

Claims (2)

1. 一種隔絕材料，用於構成一盛鋼桶爐之一接觸鋼液的內襯層，該隔絕材料包含：組成份具有白剛玉與平均粒徑不大於0.3mm之鋁鎂尖晶石的白剛玉尖晶石，其中，以白剛玉尖晶石的總重量百分比為100%計，白剛玉的重量百分比為75%~85%，鋁鎂尖晶石的重量百分比為15%~25%，且白鋼玉還包括以白剛玉的總重量百分比為100%計，重量百分比不小於99%的三氧化二鋁，鋁鎂尖晶石還包括以鋁鎂尖晶石的總重量百分比為100%計，重量百分比不小於68%的三氧化二鋁。
2. 依據申請專利範圍第1項所述的隔絕材料，其中，白鋼玉的平均粒徑不大於5mm。