TWI498427B - 高爐堵泥材組成物 - Google Patents

Description

高爐堵泥材組成物

本發明是有關於一種高爐堵泥材組成物，且特別是有關於一種含有硬脂酸或其鹽類之高爐堵泥材組成物。

出鋼製程中，當堵泥材無法維持相似之品質時，常造成現場操作人員不易作業，進而影響高爐之穩定性，不利於後續之出鋼步驟。

習知高爐堵泥材組成物包含堵泥基材與有機黏結劑，然而堵泥基材表面具有許多微孔，隨著高爐堵泥材組成物存放時間之增加，此些微孔會吸收黏結劑，造成高爐堵泥材組成物之擠出條件改變，進而影響高爐穩定性。

此外，當高爐堵泥材組成物擠出至出鋼口時，鋼液之高溫會去除低分子量之有機黏結劑，而造成高爐堵泥材組成物具有許多孔洞，導致其對於鋼爐渣侵蝕之抵抗力降低，進而減少高爐堵泥材組成物之出鐵時間。

有鑑於此，亟需提供一種高爐堵泥材組成物，以改善習知的高爐堵泥材組成物包含有機黏結劑之缺點，進而提供具有優良經時穩定性與出鐵時間之高爐堵泥材組成物。

因此，本發明之一態樣是在提供一種高爐堵泥材組成物，其包含堵泥基材、有機黏結劑與硬脂酸或其鹽類。藉 由添加硬脂酸或其鹽類可降低有機黏結劑之含量，進而增加高爐堵泥材組成物之經時穩定性與抗渣銑侵蝕性。

根據本發明之上述態樣，提出一種高爐堵泥材組成物。在一實施例中，此高爐堵泥材組成物包含堵泥基材、有機黏結劑與硬脂酸或其鹽類。其中堵泥基材之含量係79.9重量百分比(wt%)至87.9wt%，有機黏結劑之含量係12wt%至20wt%，而硬脂酸或其鹽類之含量係0.1wt%至5wt%。基於不含硬脂酸或其鹽類之高爐堵泥材組成物的抗渣銑侵蝕指數為100，含硬脂酸或其鹽類之高爐堵泥材組成物的抗渣銑侵蝕指數為93至98。

依據本發明一實施例，上述之堵泥基材包含氧化物或碳化物。

依據本發明另一實施例，上述之氧化物可包括但不限於由氧化鋁、氧化矽、鋁-矽氧化混合礦物、氧化鎂鋁尖晶石礦物以及上述之任意組合所組成之一族群。

依據本發明又一實施例，上述之碳化物係選自於由碳黑、石墨、碳化矽、碳氮化矽以及上述之任意組合所組成之一族群。

依據本發明再一實施例，上述之有機黏結劑係選自於由煤焦油、蒽油、酚醛樹脂液以及上述之任意組合所組成之一族群。

依據又另一實施例，上述之硬脂酸或其鹽類之含量係0.5重量百分比至3重量百分比。

依據再另一實施例，上述之硬脂酸或其鹽類之平均粒徑係小於0.074公釐。

依據更另一實施例，上述之硬脂酸鹽包含硬脂酸鎂、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鈉、硬脂酸鉛、硬脂酸鋁、硬脂酸鉀、硬脂酸鋇或硬脂酸鐵。

應用本發明之高爐堵泥材組成物，其係藉由添加硬脂酸或其鹽類，以降低有機黏結劑之含量，進而增加高爐堵泥材組成物之經時穩定性與抗渣銑侵蝕性。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

本發明提供一種高爐堵泥材組成物。在一實施例中，此高爐堵泥材組成物包含堵泥基材、有機黏結劑與硬脂酸或其鹽類。

在一實施例中，上述之堵泥基材包含氧化物、碳化物、其他合適之材料或上述材料之任意組合。上述之氧化物包含氧化鋁、氧化矽、鋁-矽氧化混合礦物、氧化鎂鋁尖晶石礦物、其他合適之氧化物或上述氧化物之任意組合；上述之碳化物包含碳黑、石墨、碳化矽、碳氮化矽、其他合適之碳化物或上述碳化物之任意組合。

上述之堵泥基材係用以增強高爐堵泥材組成物之強度。在一實施例中，堵泥基材於高爐堵泥材組成物之含量係79.9重量百分比(wt%)至87.9wt%。當堵泥基材之含量超過87.9wt%時，其餘有機黏結劑與硬脂酸或其鹽類之含量 將過少，導致堵泥基材顆粒間不易黏結成形，降低高爐堵泥材組成物之強度。反之，當堵泥基材之含量未滿79.9wt%時，其餘有機黏結劑與硬脂酸或其鹽類之含量將過多，導致高爐堵泥材組成物之強度不足。

在一實施例中，上述之有機黏結劑包含煤焦油、蒽油、酚醛樹脂液、其他合適之有機黏結劑或上述材料之任意組合。有機黏結劑係用以黏結堵泥基材，以形成高爐堵泥材組成物。此外，有機黏結劑對於堵泥基材亦可提供部分潤滑性，增加其流動。

有機黏結劑於高爐堵泥材組成物之含量係12wt%至20wt%。當有機黏結劑之含量超過20wt%時，會降低高爐堵泥材組成物之強度。反之，當有機黏結劑之含量未滿12wt%時，堵泥基材間之黏結性不足，進而降低高爐堵泥材組成物之強度。

在一實施例中，上述之硬脂酸或其鹽類之平均粒徑係小於0.074公釐。其中硬脂酸鹽包含硬脂酸鎂、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鈉、硬脂酸鉛、硬脂酸鋁、硬脂酸鉀、硬脂酸鋇、硬脂酸鐵、其他合適之硬脂酸鹽材料或上述材料之任意組合。

硬脂酸或其鹽類具有潤滑性，有助於降低高爐堵泥材組成物之擠出力。此外，添加硬脂酸或其鹽類可降低有機黏結劑之使用量，進而提升高爐堵泥材組成物之擠出力的經時穩定性。

硬脂酸或其鹽類於高爐堵泥材組成物之含量係0.1wt%至5wt%。當硬脂酸或其鹽類之含量超過5wt%時， 硬脂酸或其鹽類易結團，進而降低高爐堵泥材組成物之強度。反之，當硬脂酸或其鹽類之含量未滿0.1wt%時，硬脂酸或其鹽類對於高爐堵泥材之潤滑性不足，導致硬脂酸或其鹽類之功效不明顯。

在另一實施例中，堵泥基材之含量係79.5wt%至87.5wt%，有機黏結劑之含量係12wt%至20wt%，而硬脂酸或其鹽類之含量係0.5wt%至3wt%。上述之組成比例除可提升高爐堵泥材組成物之強度，亦可降低高爐堵泥材組成物之擠出力並增加擠出力之經時穩定性。

此高爐堵泥材組成物係以一混煉步驟混合上述組成物，並進行擠出成型步驟所製得。於混煉步驟時，上述之硬脂酸或其鹽類係固態或半固態物質。若硬脂酸或其鹽類於混煉時不為固態或半固態物質，則易和堵泥基材或有機黏結劑產生反應，甚至改變高爐堵泥材組成物之性質。此外，固態或半固態之硬脂酸或其鹽類不容易被堵泥基材表面之微孔吸收，可增加高爐堵泥材組成物之經時穩定性。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

製備堵泥基材與硬脂酸或其鹽類之混合物

實施例1

首先，設定混煉機之溫度，例如為60℃。當溫度到達設定值時，將95.5wt%之氧化鋁(Al)與0.5wt%之硬脂酸(C1)加入混煉機內攪拌混煉20分鐘至30分鐘，即製得堵泥基 材與硬脂酸或其鹽類之混合物。

實施例2至實施例4與比較例1

實施例2至實施例4與比較例1係使用與實施例1相同之儀器與方法製備上述之混合物。不同的是，實施例2至實施例4係使用不同比例的組成物來進行混鍊；比較例1則不添加硬脂酸或其鹽類，如表1所示。

製備高爐堵泥材組成物

實施例5

首先，設定混煉機之溫度，例如為60℃。當溫度到達設定值時，將85wt%之Al、14wt%之煤焦油(B1)與1wt%之C1加入混煉機內攪拌混煉20分鐘至30分鐘。然後，再以擠出成型步驟製得塊狀高爐堵泥材組成物。

實施例6與比較例2

實施例6與比較例2係使用與實施例1相同之儀器與方法製備塊狀高爐堵泥材組成物。不同的是，實施例6係添加硬脂酸鎂(C2)，與不同比例的組成物來進行混鍊；比較例2則不添加硬脂酸或其鹽類，如表1所示。

評價方式

1.流動性指標

請參照第1圖，其係繪示依據本發明一實施例之流動性指標之實驗裝置的立體圖。流動性指標之實驗方法係將堵泥基材與硬脂酸或其鹽類之混合物緩慢倒入固定直徑之 圓環10，直至上述之混合物填滿圓環10所環繞之面積並形成圓錐體11，再將圓環10移開，讓圓錐體11自由散開，並量測散開後之上述混合物的平均直徑。

基於比較例1之上述的混合物散開之平均直徑為100，各組成比例之混合物的實驗結果如表1所示。

2.擠出力與經時穩定性

高爐堵泥材組成物進行且完成混煉步驟後，將高爐堵泥材組成物於室溫(例如：15℃至45℃)放置0天、7天、30天與90天，再量測以擠出成型機擠出塊狀高爐堵泥材組成物所需之擠出力，其結果如表1所示。

3.燒結物性

將混煉後之高爐堵泥材組成物於400℃、600℃、900℃、1200℃與1500℃燒結3小時後，量測其表面氣孔率與壓碎強度。

(1)表面氣孔率

以顯微鏡觀察燒結後之高爐堵泥材組成物，並以影像處理軟體計算高爐堵泥材組成物表面氣孔所佔之面積比例，其結果如表1所示。

(2)壓碎強度

高爐堵泥材組成物之壓碎強度係以市售之測量儀器或習知之測量方法量測，其結果如表1所示。

4.抗渣銑侵蝕指數

請參照第2圖，其係繪示依據本發明一實施例之抗渣銑侵蝕指數之實驗裝置的部分剖面圖。抗渣銑侵蝕指數係利用高爐堵泥材組成物製成之圓筒狀的裝置20進行實 驗，其中裝置20之筒壁22具有厚度22a。首先，將鋼爐渣23由開口21放入裝置20中，然後以火焰由開口21噴入並轉動裝置20，以模擬熔融鋼爐渣對於高爐堵泥材組成物之侵蝕。

於模擬侵蝕後，實施例5之筒壁22減少的厚度與比較例2之筒壁22減少的厚度相比較，即為抗渣銑侵蝕指數，其中基於比較例2之筒壁22減少的厚度為100，進而可量測出實施例5與實施例6之抗渣銑侵蝕指數，其結果如表1所示。其中，較低之抗渣銑侵蝕指數代表高爐堵泥材組成物之抗渣銑侵蝕性越佳。

5.出鐵時間與出鐵深度

將本發明之高爐堵泥材組成物實際應用於高爐出鐵製程，以量測其出鐵時間與出鐵深度，其結果如表1所示。由於高爐出鐵製程係利用習知製程進行，實為本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者所熟知，故在此不再逐一贅述。

請參閱表1，其係表列各實施例與比較例之組成成分、組成比例與上述之評價方式。其中組成物Al係氧化鋁，B1係煤焦油，C1係硬脂酸，而C2係硬脂酸鎂。「-」則表示未添加此組成物。實施例1至實施例4與比較例1係用以製備堵泥基材與硬脂酸或其鹽類之混合物，而實施例5、實施例6與比較例2係用以製備高爐堵泥材組成物。

根據表1之流動性指標的結果可以得知，相較於比較例1，於實施例1至實施例4中，由於所添加之硬脂酸或 其鹽類具有潤滑性，因此堵泥基材與硬脂酸或其鹽類之混合物中加入硬脂酸或其鹽類有助於提高上述混合物的流動性。然而添加過量(超過0.5wt%)之硬脂酸或其鹽類易形成結團，導致硬脂酸或其鹽類無法均勻分散於堵泥基材中，而無法大幅提升上述混合物之流動性，如實施例2至實施例4所示。雖然添加過量之硬脂酸或其鹽類無法大幅提升上述混合物之流動性，但其流動性仍高於比較例1之流動性。

請參閱表1。相較於比較例2，實施例5與實施例6添加之C1或C2有助於提高高爐堵泥材組成物之流動性，且C1或C2可提升高爐堵泥材組成物對於擠出成型機之器壁的潤滑，進而降低其擠出力。

請參閱第3圖與第4圖，第3圖係繪示依據本發明實施例5與比較例2之擠出力經時變化圖，其中縱軸係擠出力(kg)，橫軸係時間(天)；第4圖係繪示依據本發明實施例6與比較例2之擠出力經時變化圖，其中縱軸係擠出力(kg)，橫軸係時間(天)。根據第3圖與第4圖的結果可以得知，添加硬脂酸或其鹽類可大幅提升高爐堵泥材組成物之流動性，進而降低有機黏結劑之使用量，使得高爐堵泥材組成物即使經過長時間的存放，其擠出力亦不會有明顯變化，以增加高爐堵泥材組成物之經時穩定性。而且，相較於實施例6之曲線302，由於實施例5添加更多之硬脂酸或其鹽類，導致實施例5之曲線301越早達到穩定。而較穩定之高爐堵泥材組成物可確保高爐出鋼製程之製程參數穩定，且有利存料品質之穩定，降低庫存成本。

請再參閱表1。相較於比較例2，實施例5與實施例6添加之C1或C2可減少有機黏結劑之使用量，進而降低高爐堵泥材組成物之表面氣孔率。

實施例5與實施例6於400℃與600℃時，其壓碎強度係低於比較例2，雖然較低之壓碎強度不利於高爐堵泥材組成物之抗渣銑侵蝕指數，但較低之壓碎強度係有助於高爐堵泥材組成物之開孔作業，進而可減低開孔作業對於高爐穩定性之影響。

至於在900℃、1200℃與1500℃時，實施例5與實施例6之壓碎強度皆較比較例2高，顯示添加硬脂酸或其鹽類可減少有機黏結劑之使用量，進而提升高爐堵泥材組成物之壓碎強度，而高爐堵泥材組成物之抗渣銑侵蝕指數亦相對降低。較低之抗渣銑侵蝕指數代表高爐堵泥材組成物之抗渣銑侵蝕性越佳，越可耐受鋼爐渣之侵蝕，延長其使用壽命，進而增加高爐堵泥材組成物之出鐵時間與出鐵深度，降低出鋼製程之成本，且可減少高爐堵泥材組成物擠出至高爐出鋼口的次數，以增加高爐之穩定性。

相較於比較例2，實施例5與實施例6中，添加硬脂酸或其鹽類所製得之高爐堵泥材組成物的抗渣銑侵蝕指數可降低至93~98，代表其具有較高之抗渣銑侵蝕性，進而延長其出鐵時間至162分鐘~165分鐘。隨著高爐堵泥材組成物之出鐵時間的延長，可減少擠出高爐堵泥材組成物至高爐出鋼口的次數，以降低高爐堵泥材組成物對於高爐穩定性之影響，進而可降低出鋼製程之成本。

綜言之，添加硬脂酸或其鹽類可減少有機黏結劑之使 用量，以增加高爐堵泥材組成物之經時穩定性。此外，添加硬脂酸或其鹽類亦可降低高爐堵泥材組成物之抗渣銑侵蝕指數，提升高爐堵泥材組成物對於鋼爐渣之抗渣銑侵蝕性，以增加高爐堵泥材組成物之出鐵時間。相較於未添加硬脂酸或其鹽類之高爐堵泥材組成物，添加硬脂酸或其鹽類之高爐堵泥材組成物的抗渣銑侵蝕指數為93至98。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧圓環

11‧‧‧圓錐體

20‧‧‧裝置

21‧‧‧開口

22‧‧‧筒壁

22a‧‧‧厚度

23‧‧‧鋼爐渣

301/302/303‧‧‧曲線

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依據本發明一實施例之流動性指標之實驗裝置的立體圖。

第2圖係繪示依據本發明一實施例之抗渣銑侵蝕指數之實驗裝置的部分剖面圖。

第3圖係繪示依據本發明實施例5與比較例2之擠出力經時變化圖。

第4圖係繪示依據本發明實施例6與比較例2之擠出力經時變化圖。

301‧‧‧曲線

303‧‧‧曲線

Claims (8)

1. 一種高爐堵泥材組成物，包含：79.9重量百分比至87.9重量百分比之一堵泥基材；12重量百分比至20重量百分比之一有機黏結劑；以及0.1重量百分比至5重量百分比之硬脂酸或其鹽類，且其中基於不含該硬脂酸或其鹽類之該高爐堵泥材組成物的抗渣銑侵蝕指數為100，含該硬脂酸或其鹽類之該高爐堵泥材組成物之抗渣銑侵蝕指數為93至98。
2. 如請求項1所述之高爐堵泥材組成物，其中該堵泥基材包含氧化物或碳化物。
3. 如請求項2所述之高爐堵泥材組成物，其中該氧化物係選自於由氧化鋁、氧化矽、鋁-矽氧化混合礦物、氧化鎂鋁尖晶石礦物以及上述之任意組合所組成之一族群。
4. 如請求項2所述之高爐堵泥材組成物，其中該碳化物係選自於由碳黑、石墨、碳化矽、碳氮化矽以及上述之任意組合所組成之一族群。
5. 如請求項1所述之高爐堵泥材組成物，其中該有機黏結劑係選自於由煤焦油、蒽油、酚醛樹脂液以及上述之任意組合所組成之一族群。
6. 如請求項1所述之高爐堵泥材組成物，其中該硬脂酸或其鹽類之含量係0.5重量百分比至3重量百分比。
7. 如請求項1所述之高爐堵泥材組成物，其中該硬脂酸或其鹽類之平均粒徑係小於0.074公釐。
8. 如請求項1所述之高爐堵泥材組成物，其中該硬脂酸鹽包含硬脂酸鎂、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鈉、硬脂酸鉛、硬脂酸鋁、硬脂酸鉀、硬脂酸鋇或硬脂酸鐵。