TWI501935B - 高爐出鐵口之堵泥組成物 - Google Patents

高爐出鐵口之堵泥組成物 Download PDF

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高爐出鐵口之堵泥組成物
本發明係有關於一種高爐出鐵口之堵泥組成物，且特別是指一種可增加其塑性及其與碳磚間的結合力之堵泥組成物。
高爐煉鐵過程中，在出鐵水結束時，一般利用堵泥機打入堵泥組成物並封住高爐出鐵口，以防止鐵水和熔渣流出，並保護高爐出鐵口通道附近之碳磚。為了滿足上述需求，堵泥組成物必須具有良好的塑性和其與碳磚間的結合力。倘若高爐出鐵作業中使用之堵泥組成物的塑性和其與碳磚間的結合力偏低，會造成鐵水異常噴濺之問題，狀況嚴重時，甚至影響高爐鐵水的生產與從業人員的安全。
一般而言，堵泥組成物包含耐火骨材和黏結劑。為提高堵泥組成物的塑性和其與碳磚間的結合力，可調整堵泥組成物之配方。例如，可添加酚醛清漆型酚醛樹脂(novolak-type phenolic resin)作為黏結劑，以提高堵泥組成物之塑性；可加入蒽油作為黏結劑、加入包含煤焦油與蒽油之複合黏結劑，或是添加瀝青以提高堵泥組成物與碳磚間的結合力。上述堵泥組成物可參閱相關前案，如美國專利公開號第US5411997號專利，以及大陸專利公告號第 CN1523120號及公開號第CN1641046號專利申請案等，在此一併列為本文之參考文獻。
然而，上述前案之堵泥組成物僅能改善其塑性或是其與碳磚間的結合力，而未能同時兼顧二者。且添加過量之瀝青時，常因為瀝青的分散度不佳，反而使堵泥組成物之空隙增加、體積密度下降，進而導致堵泥組成物與碳磚間的結合力下降。
有鑑於此，亟需提供一種堵泥組成物，以有效改善習知堵泥組成物因其塑性及其與碳磚間的結合力不足所致之種種問題。
因此，本發明之一態樣就是在提供一種高爐出鐵口之堵泥組成物，此堵泥組成物包含耐火骨材，以及用以黏結耐火骨材之煤焦油，其中此煤焦油包含瀝青和萘。藉由調整煤焦油之萘含量，可控制堵泥組成物的擠出力值與煤焦油黏度，並增加瀝青的分散度，藉此增加堵泥組成物的塑性和其與碳磚間的結合力，以有效封住高爐出鐵口。
根據本發明之上述態樣，提出一種高爐出鐵口之堵泥組成物，包含：70重量百分比至90重量百分比之耐火骨材和10重量百分比至30重量百分比之煤焦油。上述之耐火骨材可例如為氧化物、碳化物或二者之組合。上述之煤焦油至少包含30重量百分比至65重量百分比之瀝青以及1重量百分比至6重量百分比之萘，藉以黏結耐火骨材。
依據本發明之一實施例，上述之氧化物可包括但不限於氧化鋁、氧化矽、矽一鋁氧化混合礦石、氧化鎂鋁尖晶石礦物或前述之任意組合。
依據本發明之一實施例，上述之碳化物可包括但不限於碳黑、石墨、碳化矽、碳氮化矽或前述之任意組合。
依據本發明之一實施例，上述之堵泥組成物於80℃可具有90Kg至128Kg之擠出力值，且於80℃之煤焦油黏度可為49cps至86cps。
依據本發明之一實施例，上述之堵泥組成物於50℃可具有139Kg至742Kg之擠出力值，且於50℃之煤焦油黏度可為943cps至1210cps。
依據本發明之一實施例，上述之煤焦油至少包含1重量百分比至5重量百分比之萘。
依據本發明之一實施例，當上述之煤焦油之萘的含量為煤焦油之總重的2重量份至4重量份時，此堵泥組成物於80℃可具有90Kg至104Kg之擠出力值，且於80℃之煤焦油黏度可為62cps至76cps。
依據本發明之一實施例，當上述之煤焦油之萘的含量為煤焦油之總重的2重量份至4重量份時，此堵泥組成物於50℃可具有139Kg至334Kg之擠出力值，且於50℃之煤焦油黏度可為1020cps至1144cps。
利用本發明之高爐出鐵口之堵泥組成物，藉由調整煤焦油之萘含量，可控制堵泥組成物的擠出力值與煤焦油黏度，並增加瀝青的分散度，以增加堵泥組成物的塑性和 其與碳磚間的結合力，以有效堵住高爐出鐵口而避免鐵水異常噴濺。
101/201/301/501/601‧‧‧曲線
401‧‧‧直線
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，所附圖式之詳細說明如下：第1圖係繪示根據本發明之實施例1至6之堵泥組成物於80℃之試驗溫度下的萘含量與煤焦油黏度之關係圖。
第2圖係繪示根據本發明之實施例1至6之堵泥組成物於80℃之試驗溫度下的萘含量與擠出力值之關係圖。
第3圖係繪示根據本發明之實施例1至6之堵泥組成物於80℃之試驗溫度下的煤焦油黏度與擠出力值之關係圖。
第4圖係繪示根據本發明之實施例7至11之堵泥組成物於50℃之試驗溫度下的萘含量與煤焦油黏度之關係圖。
第5圖係繪示根據本發明之實施例7至11之堵泥組成物於50℃之試驗溫度下的萘含量與擠出力值之關係圖。
第6圖係繪示根據本發明之實施例7至11之堵泥組成物於50℃之試驗溫度下的煤焦油黏度與擠出力值之關係圖。
本發明提出一種高爐出鐵口之堵泥組成物。此堵泥組成物包含耐火骨材以及用以黏結耐火骨材之煤焦油，且煤焦油包含瀝青和萘，藉由調整煤焦油之萘含量，可控制堵泥組成物的擠出力值與煤焦油黏度，並增加瀝青的分散 度，以增加堵泥組成物的塑性和其與碳磚間的結合力。
堵泥組成物
本發明之堵泥組成物可包含耐火骨材以及用以黏結此耐火骨材之煤焦油，其中此煤焦油可包含瀝青和萘。在此說明的是，本發明所指之煤焦油是指利用不同餾分的煤焦油混合以調配出預設含量範圍之萘與瀝青之含量的煤焦油。
在一實施例中，耐火骨材可為氧化物、碳化物或二者之組合。氧化物之具體例可選自於氧化鋁、氧化矽、矽一鋁氧化混合礦石、氧化鎂鋁尖晶石礦物及其任意組合所組成之一族群。碳化物之具體例可選自於碳黑、石墨、碳化矽、碳氮化矽及其任意組合所組成之一族群。
在一實施例中，耐火骨材之含量可例如為堵泥組成物總重之70重量百分比至90重量百分比，而煤焦油之含量可例如為堵泥組成物總重之10重量百分比至30重量百分比。倘若耐火骨材的含量高於90重量份，則煤焦油所能提供的黏結性不足，會降低堵泥組成物之黏結效果與塑性。雖然作為黏結劑之煤焦油的含量增加可提高所得堵泥組成物之塑性，然而當耐火骨材的含量低於70重量份時，耐火骨材所能提供的結構強度不足，使所得堵泥組成物之體積密度、耐壓強度與抗折強度皆下降。
在一實施例中，煤焦油內含之瀝青的含量可例如為煤焦油總重之30重量百分比至65重量百分比。瀝青於堵 泥組成物製備過程中會因加熱而溶化，進而填補空隙，以提高所得堵泥組成物與碳磚間的結合力。此外，瀝青也可藉由協助碳結合網絡之形成，使所得堵泥組成物與碳磚間的結合力增加。由於瀝青不易均勻分散，倘若瀝青的含量高於煤焦油之總重的65重量份，會增加堵泥組成物之空隙、減少其體積密度及其與碳磚間的結合力。倘若瀝青的含量低於煤焦油之總重的30重量份，則所得堵泥組成物與碳磚間的結合力不佳。
本發明之特徵之一在於，藉由同時調整煤焦油之萘含量，可有效降低所得之堵泥組成物的擠出力值與煤焦油黏度。本發明此處所稱之擠出力值，係指利用市售試驗機測量堵泥機擠出堵泥組成物擠出所需之力量大小。
煤焦油添加適量的萘可降低煤焦油黏度、增加所得 之堵泥組成物的瀝青分散度，並提高堵泥組成物的塑性和其與碳磚間的結合力。在一實施例中，當煤焦油之萘含量高於1重量百分比或低於6重量百分比，可降低所得之堵泥組成物的擠出力值及其煤焦油黏度。
在上述實施例中，當上述之堵泥組成物於80℃下， 可具有低於128Kg之擠出力值以及低於86cps之煤焦油黏度，然以具有90Kg至128Kg之擠出力值以及49cps至86cps之煤焦油黏度為較佳。在另一例示中，當上述之堵泥組成物於50℃下，可具有低於742Kg之擠出力值以及低於1210cps之煤焦油黏度，然以具有139Kg至742Kg之擠出力值以及943cps至1210cps之煤焦油黏度為較佳。
在一實施例中，當煤焦油之萘含量低於1重量百分比或高於6重量百分比，所得之堵泥組成物的擠出力值增加且顯著降低其塑性。
在另一實施例中，當煤焦油之萘含量為1重量百分比至5重量百分比時，所得之堵泥組成物具有較低的擠出力值及煤焦油黏度。在又一實施例中，當煤焦油之萘含量為2重量百分比至4重量百分比時，所得之堵泥組成物具有更低的擠出力值及煤焦油黏度。
在上述實施例中，當煤焦油之萘含量為2重量百分比至4重量百分比時，上述之堵泥組成物於80℃下，可具有低於104Kg之擠出力值以及低於76cps之煤焦油黏度，然以具有90Kg至104Kg之擠出力值以及62cps至76cps之煤焦油黏度為較佳。在另一例示中，當上述之堵泥組成物於50℃下，可具有低於334Kg之擠出力值以及低於1144cps之煤焦油黏度，然以具有139Kg至334Kg之擠出力值以及1020cps至1144cps之煤焦油黏度為較佳。
應用本發明之堵泥組成物，其藉由調整煤焦油之萘含量，可控制煤焦油黏度與堵泥組成物的擠出力值，並增加瀝青分散度，藉此增加堵泥組成物的塑性和其與碳磚間的結合力，以有效封住高爐出鐵口，進而降低鐵水異常噴濺之發生率。
以下利用數個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。
堵泥組成物之配製 實施例1
首先，根據第1表之煤焦油配方，利用不同餾分的煤焦油混合以調配出預設含量範圍之萘與瀝青之含量的煤焦油。實施例中提及之萘與瀝青之含量是指其佔煤焦油總重之重量百分比。實施例1使用之煤焦油包含30重量份至65重量份的瀝青與4.96重量份的萘，分別於80℃和50℃之試驗溫度下測定煤焦油黏度(可使用例如Brookfield黏度計測定之)。之後，根據第2表之堵泥組成物配方，利用混合步驟、混煉步驟以及擠壓成形步驟製得堵泥組成物。製備步驟詳述如下：首先，混合步驟中先將耐火骨材之乾粉料加入混拌機內預先攪拌混和並預熱，再分成多次加入預熱至75℃至90℃的煤焦油並攪拌均勻。接著，以55℃至65℃之溫度進行混煉步驟，混煉步驟之時間需大於40分鐘以上，以確保所得之堵泥組成物具有良好之塑性。之後，經過擠壓成形步驟，即可獲得堵泥組成物之成品。實施例1之堵泥組成物包含：70重量份至90重量份的耐火骨材，10重量份至30重量份的煤焦油，且煤焦油包含30重量份至65重量份之瀝青與4.96重量份之萘。
實施例2至11
實施例2至11所使用的煤焦油配方與試驗溫度請 參閱第1表。之後，根據第2表配製堵泥組成物，其中除了萘的含量之外，實施例2至11之堵泥組成物配方中的其餘成分、比例和製備步驟均與實施例1相同。各實施例使用之萘的含量與試驗溫度請參閱第2表。
堵泥組成物之擠出力值的評估
評估堵泥組成物之擠出力值的方法如下，先秤取待測試堵泥組成物作為試料，將試料與試驗模具放入烘箱加熱至試驗溫度(試驗溫度請參見第2表)，取出模具後立即將試驗模具組合並置於試驗機的加壓台上，然後將待測試的試料置於試驗模具內，並放上加壓桿，接著進行加壓，並同時由電腦紀錄擠出力值變化。
在試驗溫度為80℃下，首先，請參照第1圖，係繪示根據本發明之實施例1至6之堵泥組成物於80℃之試驗溫度下的萘含量與煤焦油黏度之關係圖。其中縱軸代表煤焦油黏度，橫軸代表萘的含量。第1圖之圖號◆代表內含不同萘的含量之煤焦油的煤焦油黏度，各點之煤焦油黏度值請參閱第1表。第1圖之曲線101代表為各煤焦油黏度值所得的多項式型非線性迴歸之關係曲線，此曲線101可利用例如Microsoft ExcelTM 軟體(Microsoft Corp.,Seattle,WA,USA)進行數據分析所得，而此曲線101之關係式如下式(I)所示：y=1.4355x2 -14.898x+99.949 (I)。
由第1圖之結果顯示，隨著萘的含量增加造成煤焦 油黏度下降。其次，根據式(I)之關係式可知，當萘的含量佔煤焦油之總重的1重量百分比時，計算而得之煤焦油黏度為86cps；當萘的含量佔煤焦油之總重的2重量百分比時，計算而得之煤焦油黏度為76cps；當萘的含量佔煤焦油之總重的4重量百分比時，計算而得之煤焦油黏度為63cps；當萘的含量佔煤焦油之總重的5重量百分比時，計算而得之煤焦油黏度為61cps；當萘的含量佔煤焦油之總重的6重量百分比時，計算而得之煤焦油黏度為62cps。
接著，請參照第2圖，係繪示根據本發明之實施例1至6之堵泥組成物於80℃之試驗溫度下的萘含量與擠出力值之關係圖。其中縱軸代表堵泥組成物的擠出力值，橫軸代表萘的含量。第2圖之圖號◆代表使用具有不同萘的含量之煤焦油所製得之堵泥組成物的擠出力值，各點之堵泥組成物的擠出力值請參閱第2表。第2圖之曲線201代表為各堵泥組成物的擠出力值所得的多項式型非線性迴歸之關係曲線，此曲線201可利用與第1圖相同之分析方法求得，而此曲線201之關係式如下式(Ⅱ)所示：Y=4.0429x2 -26.501x+141.1 (Ⅱ)。
由第2圖之結果顯示，煤焦油內之萘的含量與其所製得之堵泥組成物的擠出力值間的關係呈現微笑曲線。當萘的含量為煤焦油之總重的1重量份至3.28重量份時，其所製得之堵泥組成物的擠出力值隨著萘的含量增加而下降。然而，當萘的含量為煤焦油之總重的3.28重量份至6重量份時，其所製得之堵泥組成物的擠出力值隨著萘的含 量增加而增加。其次，根據式(Ⅱ)之關係式可知，當萘的含量佔煤焦油之總重的1重量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為119Kg；當萘的含量佔煤焦油之總重的2重量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為104Kg；當萘的含量佔煤焦油之總重的3.28重量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為98Kg；當萘的含量佔煤焦油之總重的4重量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為100Kg；當萘的含量佔煤焦油之總重的5重量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為110Kg；當萘的含量佔煤焦油之總重的6重量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為128Kg。
之後，請參照第3圖，係繪示根據本發明之實施例 1至6之堵泥組成物於80℃之試驗溫度下的煤焦油黏度與擠出力值之關係圖。其中縱軸代表堵泥組成物的擠出力值，橫軸代表煤焦油黏度。第3圖之圖號◆代表使用具有不同萘的含量之煤焦油的煤焦油黏度所對應利用其所製得之堵泥組成物的擠出力值，各點之煤焦油黏度請參閱第1表，而堵泥組成物的擠出力值請參閱第2表。第3圖之曲線301代表為各堵泥組成物的擠出力值所得的多項式型非線性迴歸之關係曲線，此曲線301可利用與第1圖相同之分析方法求得，而此曲線301之關係式如下式(Ⅲ)所示：Y=0.0311x2 -4.3193x+250.29 (Ⅲ)。
由第3圖之結果顯示，煤焦油黏度與堵泥組成物的擠出力值間的關係呈現微笑曲線。當煤焦油黏度低於69.44 cps時，其所製得之堵泥組成物的擠出力值隨著煤焦油黏度增加而下降。然而，當煤焦油黏度高於69.44cps時，其所製得之堵泥組成物的擠出力值隨著煤焦油黏度增加而增加。
在試驗溫度為50℃之狀況下，首先，請參照第4圖，係繪示根據本發明之實施例7至11之堵泥組成物於50℃之試驗溫度下的萘含量與煤焦油黏度之關係圖。其中縱軸代表煤焦油黏度，橫軸代表萘的含量。第4圖之圖號◆代表內含不同萘的含量之煤焦油的煤焦油黏度，各點之煤焦油黏度值請參閱第1表。第4圖之直線401代表為各煤焦油黏度值所得的線性迴歸之關係曲線，此直線401可利用與第1圖相同之分析方法求得，而此直線401之關係式如下式(Ⅳ)所示：y=-50.231x+1244 (Ⅳ)。
由第4圖之結果顯示，隨著萘的含量增加造成煤焦油黏度下降。其次，根據式(Ⅳ)之關係式可知，當萘的含量佔煤焦油之總重的1重量百分比時，計算而得之煤焦油黏度為1194cps；當萘的含量佔煤焦油之總重的2重量百分比時，計算而得之煤焦油黏度為1144cps；當萘的含量佔煤焦油之總重的4重量百分比時，計算而得之煤焦油黏度為1043cps；當萘的含量佔煤焦油之總重的5重量百分比時，計算而得之煤焦油黏度為993cps；當萘的含量佔煤焦油之總重的6重量百分比時，計算而得之煤焦油黏度為943cps。
接著，請參照第5圖，係繪示根據本發明之實施例7至11之堵泥組成物於50℃之試驗溫度下的萘含量與擠出力值之關係圖。其中縱軸代表堵泥組成物的擠出力值，橫軸代表萘的含量。第5圖之圖號◆代表使用具有不同萘的含量之煤焦油所製得之堵泥組成物的擠出力值，各點之堵泥組成物的擠出力值請參閱第2表。第5圖之曲線501代表為各堵泥組成物的擠出力值所得的多項式型非線性迴歸之關係曲線，此曲線501可利用與第1圖相同之分析方法求得，而此曲線501之關係式如下式(V)所示：y=80.937x2 -545.61x+1101.5 (V)。
由第5圖之結果顯示，煤焦油內之萘的含量與其所製得之堵泥組成物的擠出力值間的關係呈現微笑曲線。當萘的含量為煤焦油之總重的1重量份至3.37重量份時，其所製得之堵泥組成物的擠出力值隨著萘的含量增加而下降。然而，當萘的含量為煤焦油之總重的3.37重量份至6重量份時，其所製得之堵泥組成物的擠出力值隨著萘的含量增加而增加。其次，根據式(V)之關係式可知，當萘的含量佔煤焦油之總重的1重量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為637Kg；當萘的含量佔煤焦油之總重的2重量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為334Kg；當萘的含量佔煤焦油之總重的3.37重量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為182Kg；當萘的含量佔煤焦油之總重的4重量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為214Kg；當萘的含量佔煤焦油之總重的5重 量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為397Kg；當萘的含量佔煤焦油之總重的6重量百分比時，計算而得之堵泥組成物的擠出力值為742Kg。
之後，請參照第6圖，係繪示根據本發明之實施例7至11之堵泥組成物於50℃之試驗溫度下的煤焦油黏度與擠出力值之關係圖。其中縱軸代表堵泥組成物的擠出力值，橫軸代表煤焦油黏度，各點之煤焦油黏度請參閱第1表，而堵泥組成物的擠出力值請參閱第2表。第6圖之圖號◆代表使用具有不同萘的含量之煤焦油的煤焦油黏度所對應利用其所製得之堵泥組成物的擠出力值，第6圖之曲線601代表為各堵泥組成物的擠出力值所得的多項式型非線性迴歸之關係曲線，此曲線601可利用與第1圖相同之分析方法求得，而此曲線601之關係式如下式(Ⅵ)所示：y=0.007x2 -15.123x+8411.2(Ⅵ)。
由第6圖之結果顯示，煤焦油黏度與堵泥組成物的擠出力值間的關係呈現微笑曲線。當煤焦油黏度低於1080cps時，其所製得之堵泥組成物的擠出力值隨著煤焦油黏度增加而下降。然而，當煤焦油黏度高於1080cps時，其所製得之堵泥組成物的擠出力值隨著煤焦油黏度增加而增加。
由上述本發明之實施例可知，本發明之用於高爐出鐵口之堵泥組成物及其組成物，其優點之一在於藉由控制萘的含量，可視需要調整煤焦油黏度與堵泥組成物的擠出力值，並增加瀝青的分散度，藉此增加堵泥組成物的塑性 和其與碳磚間的結合力，以有效封住高爐出鐵口，進而降低鐵水異常噴濺之發生率。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此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，因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍為準。
301‧‧‧曲線

Claims (8)

  1. 一種高爐出鐵口之堵泥組成物，係由：70重量百分比至90重量百分比之一耐火骨材，其中該耐火骨材為氧化物、碳化物或二者之組合；以及10重量百分比至30重量百分比之一煤焦油所組成，其中該煤焦油至少包含30重量百分比至65重量百分比之瀝青以及大於1.5重量百分比至6重量百分比之萘，藉以黏結該耐火骨材，其中該堵泥組成物於50℃之一擠出力值為139Kg至742Kg，且該堵泥組成物於50℃之一煤焦油黏度為943cps至1210cps。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之高爐出鐵口之堵泥組成物，其中該氧化物係選自於氧化鋁、氧化矽、矽一鋁氧化混合礦石、氧化鎂鋁尖晶石礦物及其任意組合所組成之一族群。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之高爐出鐵口之堵泥組成物，其中該碳化物係選自於碳黑、石墨、碳化矽、碳氮化矽及其任意組合所組成之一族群。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之高爐出鐵口之堵泥組成物，其中該堵泥組成物於80℃之一擠出力值為90Kg至128Kg，且該堵泥組成物於80℃之一煤焦油黏度為49 cps至86cps。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述之高爐出鐵口之堵泥組成物，其中該煤焦油至少包含1重量百分比至5重量百分比之該萘。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之高爐出鐵口之堵泥組成物，其中該萘的含量是該煤焦油之總重的2重量份至4重量份。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述之高爐出鐵口之堵泥組成物，其中該堵泥組成物於80℃之一擠出力值為90Kg至104Kg，且該堵泥組成物於80℃之一煤焦油黏度為62cps至76cps。
  8. 依據申請專利範圍第6項所述之高爐出鐵口之堵泥組成物，其中該堵泥組成物於50℃之一擠出力值為139Kg至334Kg，且該堵泥組成物於50℃之一煤焦油黏度為1020cps至1144cps。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TW200617154A (en) * 2004-07-20 2006-06-01 Jfe Chemical Corp Coal tar blend and plug for outlet for molten metal
CN101602604A (zh) * 2009-07-10 2009-12-16 武汉钢铁(集团)公司 一种高炉炮泥及其制造工艺方法

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