TWI415821B - Hot spray repair materials - Google Patents

Description

熱噴修補材料

本發明係關於適用於轉爐、電爐、澆桶等煉鋼設備之爐壁或爐底等之熱噴修補材料，特別是關於可短時間硬化、耐剝離性優好之熱噴修補材料。

為提高生產效率，傾向於縮短轉爐、電爐、澆桶等煉鋼設備之爐壁或爐底等之於加熱下之爐修補時間，且修補次數也有限制，故追求高耐用之修補材料。另，於轉爐等，則追求縮短施工後之硬化時間、改善耐剝離性。

先前，作為適用於轉爐、電爐、澆桶等煉鋼設備之爐壁或爐底等之噴塗耐火組成物(噴塗修補材料)，已知有在耐火骨材中以3 wt%~10 wt%比例添加磷酸鹽或矽酸鹽等無機黏合劑者。

但，伴隨煉鋼爐之作業條件過於惡劣，產生耐用性不足之問題。認為其原因係無機黏合劑在受熱接著時形成低熔點物質，使施工體收縮而易剝離。另，由於降低基材熔點而易熔損，認為也是耐用性下降之原因。

另，亦已知添加瀝青或苯酚樹脂之所謂碳鍵噴塗材料，但至黏合劑中之瀝青燒烙為止之硬化時間比磷酸鍵系噴塗材料長。另，由於係碳鍵，故加熱下之柔軟性差，無法緩衝於轉爐等旋轉傾斜移動之爐中所產生之歪斜，成為發生剝離損傷之主要原因。

另，作為添加金屬粉之修補材料，亦介紹有添加鐵粉之 轉爐烘烤修補材料(參照專利文獻1)。此是藉由在烘烤材料中添加鐵粉以降低施工面溫度，改善接著性。常溫下粉末狀烘烤材料在加熱下隨著瀝青熔融而漿化，鐵粉沉降，使鐵分布於與底部之施工面的交界，由此降低施工面溫度，改善接著性。

然而，由於鐵集中在接著界面，故精煉處理中熔鋼易流入施工體與施工面之界面，而使烘烤施工體剝離，無法獲得充分之耐用性。

專利文獻1：日本公開專利特開平11－278948號公報

前述碳鍵噴塗材料，與磷酸鍵系噴塗修補材料相比雖然更耐用，但具有下述問題：a)硬化時間長；b)熱柔軟性不佳，對物理性歪斜易剝離。即，碳鍵噴塗材料在噴塗後，自被加熱之表面及施工面開始硬化。但，熱較難傳導至施工體內部，有硬化緩慢之傾向。另，碳鍵一旦形成後，熱強度雖然高，但難以變形，受到應力易剝離。

本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的係針對煉鋼爐作業提供一種熱噴修補材料，該熱噴修補材料具有良好耐剝離性，可短時間內硬化。

本發明之熱噴修補材料，係含有75 μm以下粒度占20 wt%~40 wt%之耐火物原料及藉由熱形成碳鍵之黏合劑者，其特徵在於：相對於該耐火物原料及黏合劑之合計 量，添加5wt%~50wt%之以鐵(Fe)為主要成分且1.0mm以下粒度含70wt%以上之經加熱形成網眼狀結構之金屬或鐵合金(請求項1)。

另，本發明之熱噴修補材料，其中添加20wt%~50wt%之前述金屬粉或鐵合金粉(請求項2)。

本發明之熱噴修補材料，藉由在耐火物原料(耐火骨材)與藉由熱形成碳鍵之黏合劑中添加特定量(5wt%~50wt%)的"以鐵為主要成分之金屬粉末或鐵合金粉末"，可提高熱傳導性，使熱易傳導至施工體內部，由此縮短硬化時間，可縮短修補時間。另，因形成有金屬之網眼狀結構，故可提高熱變形能力，提高低溫下韌性，產生難以剝離之作用效果。

以下，對本發明之實施形態進行說明，首先，與先前技術相關聯地對本發明所產生之前述作用效果進行更詳細之說明。

先前之碳鍵噴塗材料，如前所述，含有瀝青等作為黏合劑，噴塗附著後藉由加熱使黏合劑熔融，之後硬化形成碳鍵，繼而牢固地黏合。施工體在硬化後也具有高強度，因含有碳，爐渣較難滲入，可獲得高耐用性之施工體。

但，若硬化時間短，熱量還未充分傳導至內部就開始使用時，就會減弱強度降低耐用性。另，碳鍵在加熱下較難 潛變，受到應力時易斷裂，在轉爐等作業時需旋轉之爐中，藉由歪斜等應力施加時，有剝離之可能。

相對於此，本發明之熱噴修補材料，藉由在碳鍵噴塗材料中添加以鐵為主成分之金屬粉(或鐵合金粉)，使以鐵為主成分之金屬粉均勻分散於施工體內，可提高施工體之熱傳導性，加速粘合劑之硬化。

除此之外，加熱後，以鐵為主成分之金屬粉(或鐵合金粉)熔化並彼此接著，在施工體內形成網眼結構。該金屬之網眼結構在作業中之高溫時，藉由賦予適度之熱柔軟性而給予施工體應力緩和能，溫度下降後，因其具有韌性故可提高破壞強度，不易發生龜裂及剝離。如前所述在施工體內均勻添加以鐵為主成分之金屬粉(或鐵合金粉)，形成金屬之網眼結構，藉此可改善碳鍵噴塗材料之問題、即縮短硬化時間與改善精煉處理中之剝離。

為使該對耐剝離性、縮短硬化時間具有效果之以鐵為主成分之金屬粉(或鐵合金粉)"均勻分散及形成網眼結構"，需進行如下事項：a.必須進行噴塗施工。如前述專利文獻(日本特開平11－278948號公報)所記載之烘烤材料，金屬非均勻分布，無法提高施工體整體之熱傳導性，無法使硬化時間縮短，但若進行噴塗施工，就可使以鐵為主成分之金屬粉(或鐵合金粉)均勻分散在施工體內，因此可提高施工體之熱傳導率，可獲得比一般之碳鍵噴塗材料更快烘烤至中心部之效果。

b.所添加之以鐵為主要成分之金屬粉(或鐵合金粉)必須達到1.0 mm以下粒度占70 wt%以上。其原因為若大部分顆粒大於1.0 mm，分布易不均勻，且不大量添加就無法提高熱傳導性，也無法形成網眼結構。另，該金屬粉(或鐵合金粉)之添加量少於5 wt%之情形，熱傳導性不充分，黏合劑之硬化將難以進展至施工體內部。為此，中心部易成為未硬化狀態。若添加5 wt%以上，則可在短時間內取得硬化效果。而相反地若添加量過多，則耐火物組織被切斷，反而使耐用性下降，故以鐵為主要成分之金屬粉(或鐵合金粉)之添加量，宜為5 wt%~50 wt%，最好是10 wt%~30 wt%。

c.若75 μm以下之耐火物原料超過40 wt%，則將切斷前述金屬之網眼結構，妨礙效果。而，若少於20 wt%，則金屬比率過高，施工體於加熱下將過於柔軟，降低耐用性。

d.即使金屬之網眼結構形成後，若被氧化則將無法達到預期效果，故需適量添加形成對以鐵為主成分之金屬粉(或鐵合金粉)具有還原效果之碳鍵之黏合劑。

作為本發明中之耐火物原料，可使用通常所使用之耐火材料、耐火骨材，比如可使用：熔融氧化鋁、燒結氧化鋁、燒結莫來石、氧化鈣部分安定化之氧化鋯、氧化釔部分安定化之氧化鋯、黏土熟料、碳化矽等中之1種，又，其等之混合物亦可使用，更好的是採用經過粒度調整成粒度3 mm以下之MgO、MgO－CaO系骨材，比如電熔氧化鎂、燒結氧化鎂熔結塊、天然氧化鎂熔結塊、天然白雲石 熔結塊、合成白雲石燒結塊、MgO－C磚屑、白雲石磚屑等鹼性骨材。

作為本發明中之"藉由熱形成碳鍵之粘合劑"，可列舉樹脂、瀝青等。特別是宜使用可溶酚醛樹脂型苯酚樹脂、苯酚．甲醛系樹脂、高軟化點瀝青(軟化溫度：100℃~500℃)中1種或2種以上組合使用。軟化點溫度不同之瀝青組合使用時，可以擴大施工體之軟化點範圍，提高接著率，故為佳。作為其添加量之合計量，宜為2 wt%~35 wt%，較好是8 wt%~25 wt%。

以鐵為主要成分之金屬粉或鐵合金粉，如日本特開平11－278948所記載，通常是為防止碳鍵氧化或抑制施工面溫度而進行添加，但本發明是為在施工體內部形成金屬或合金之3維網眼結構，賦予高溫時之柔軟性與提高低溫時之破壞強度，進而提高施工體之熱傳導性，藉此可縮短噴塗施工後之硬化時間而進行添加，因此添加量要比防止氧化時多，大約需要添加5 wt%~50 wt%。若少於5 wt%，則無法形成網眼結構，另一方面，若超過50 wt%，則將降低施工體之耐用性。為形成網眼結構、提高耐用性，添加量最好是10 wt%~30 wt%。添加種類除鐵粉外，還可使用軋製鐵鱗等，又，也可使用Fe－Si、Fe－Cr、Fe－Cu、Fe－C、Fe－Ni－Cr、Fe－Mn、Fe－Mn－Si、Fe－Ni、Fe－Al、Fe－Mo、Fe－V等鐵合金。

作為金屬粉或合金粉可列舉鋁、矽、鋁－氧化鎂合金、矽鐵合金、鐵、氧化鎂等粉末，而本發明之特徵在於使用 以鐵為主要成分之金屬粉或鐵合金粉。以鐵為主要成分者在價格上可大量添加，故為有效。若包含大於1.0 mm之金屬顆粒占30 wt%以上之粗粒，則噴塗施工體內分布易不均勻，且不大量添加就無法提高熱傳導性，也無法形成網眼結構，故宜包含70 wt%以上之1.0 mm以下金屬顆粒。

以鐵為主要成分之金屬粉或鐵合金粉之添加量，若低於5 wt%，則無法形成網眼結構，無法發揮低溫下之充分韌性與高溫下之柔軟性，易剝離。且，無法獲得充分之熱傳導性。另一方面，若超過50 wt%，則在加熱下易過於柔軟，大幅降低耐熔損性，反而使得耐用性下降。為提高耐用性與熱傳導性，金屬粉或合金粉之添加量，宜相對於前述耐火物原料與藉由熱形成碳鍵之黏合劑之合計量，為5 wt%~50 wt%，較好是10 wt%~30 wt%。

如前所述，本發明之"含有以鐵為主要成分之金屬粉或鐵合金粉之碳鍵熱噴修補材料"，藉由碳鍵黏合劑之抑制氧化效果及耐火物原料與金屬粉之適量添加，使以鐵為主要成分之金屬粉或鐵合金粉均勻分散，並在加熱下形成網眼結構，由此獲得先前未有之高耐剝離性與短時間內硬化特性。

除前述成分以外，在本發明之熱噴修補材料中，可根據需要添加少量之反絮凝劑、纖維類、黏土、矽石粉等添加劑。

反絮凝劑係為提高施工體組織之緻密性而根據需要進行添加者，比如可列舉六偏磷酸鈉、矽酸鈉等無機反絮凝劑 及聚烷基芳基磺酸鈉、聚丙烯酸鹽等有機反絮凝劑，添加比例宜相對於前述耐火物原料為0 wt%~1 wt%，較好是0.02 wt%~0.5 wt%。

纖維類係為防止噴塗後漿液沿垂直壁面滴落而進行添加者，比如可列舉氧化鋁纖維、碳纖維等無機纖維或麻等天然纖維、有機合成纖維等有機纖維，添加比例宜相對於前述耐火物原料為0 wt%~0.2 wt%，較好是0.01 wt%~0.1 wt%。

黏土或矽石粉係為增加噴塗材料噴塗後水分未乾時之塑性流動性、提高接著性而進行添加。另，於加熱下由於生成少量之熔液，故有抑制金屬氧化之效果。該添加量若少於0.2 wt%，由於量少，故無法期待接著性及熔液之效果。而，若多於10 wt%，則熔液生成量過多，易燒結易剝離。因此，黏土或矽石粉之添加量宜在0.2 wt%~10 wt%。

本發明之熱噴修補材料，於前述各成分之混合物中添加水後，按一般方法噴塗至煉鋼設備之爐壁、爐底等進行施工後，加熱硬化。

實施例

以下，列舉本發明之實施例與比較例，對本發明之熱噴修補材料進行具體說明。

下述表1為各例所使用之"耐火物原料(耐火骨材)"及"其粒度"。另，最細小之耐火物原料使用經球磨之原料(參照表1之"球磨粉末")。另，表2為各例所使用之"金屬粉或合金粉"及"其粒度"。

(實施例1~16、比較例1~5)

表3係顯示實施例1~8及比較例1~3，表4係顯示實施例9~16及比較例4、5。

另，對各例所獲得之熱噴修補材料進行下述試驗，其試驗結果併記於表3、表4。

(1300℃噴塗試驗) 在實驗室做耐用性比較，以1300℃之熱進行噴塗試驗。即，在噴塗槍中放入25 kg材料，在放入噴塗嵌板之1300℃爐中與水一同噴塗。測定此時之接著率與施工體之熄火時間，且，觀察冷卻時之龜裂狀況，分別顯示於表3、表4。

(侵蝕試驗) 以旋轉滾筒法用轉爐渣進行耐侵蝕試驗，作為"耐侵蝕性指數"顯示於表3、表4。

由表3可以確認以下事項：實施例1~8係檢討以Fe為主要成分之金屬粉之結果，與未添加之比較例1相比，熄火時間有顯著提升。於非以Fe為主要成分之比較例3(添加Al粉)，金屬(Al)持續氧化，無法達到抑制龜裂之效果。另，使用含有75 μm以下粒度占16 wt%(特定範圍(20 wt%~40 wt%)外)之耐火骨材之比較例2，同樣也無法得到抑制龜裂之效果。實施例1、5~8顯示Fe添加量之效果。

由表4可以確認以下事項：實施例9~15在「耐火骨材種類、添加量」、「樹脂種類、添加量」、「瀝青種類、添加量」、「可塑劑種類、添加量」、「反絮凝劑種類、添加量」、「纖維種類、添加量」等有所變化，但藉由添加特定量(具體是15 wt%)之"以鐵為主要成分之金屬粉：具體是Fe粉"，其結果龜裂均難以產生，熄火時間亦較短。另，實施例16(添加鐵合金粉：具體是Fe－Si粉之例)也同樣難以產生龜裂，熄火時間亦較短。

另一方面，比較例4使用易氧化之金屬粉(具體是Si粉)，而，比較例5添加了過量金屬粉(具體是添加60 wt%之Fe粉)，兩者都無法達到抑制龜裂之效果，且耐侵蝕性低下。

產業上之可利用性

本發明之熱噴修補材料具有可縮短硬化時間之效果，且龜裂亦較少，故確認縮短修補時間與提高耐用性之效果，其可利用性極為明顯。

Claims (2)

1. 一種熱噴修補材料，係含有75μm以下粒度占20wt~40wt%之耐火物原料及藉由熱形成碳鍵之黏合劑者，其特徵在於：相對於該耐火物原料及黏合劑之合計量，添加5wt%~50wt%之以鐵(Fe)為主要成分且1.0mm以下粒度含70wt%以上之經加熱形成網眼狀結構之金屬粉或鐵合金粉。
2. 如請求項1之熱噴修補材料，其中添加20wt%~50wt%之前述金屬粉或鐵合金粉。