TWI512095B

TWI512095B - 耐火無機組成物、耐火無機層及其製造方法

Info

Publication number: TWI512095B
Application number: TW102142081A
Authority: TW
Inventors: Chiennan Pan; Yuchen Lee
Original assignee: China Steel Corp
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2015-12-11
Also published as: TW201520320A

Description

耐火無機組成物、耐火無機層及其製造方法

本發明是有關於一種耐火組成物，且特別是有關於一種耐火無機組成物與耐火無機層之製造方法。

鋼鐵煉製工業中，高溫爐體常會使用耐火材料抵抗高溫鋼液之侵蝕，例如：利用耐火黏土磚建構高溫爐體，或於高溫爐體塗布耐火層。

為使高溫爐體維持良好的效能，會定期進行高溫爐體的修復與保養過程。修復與保養過程係將高溫爐體之舊耐火黏土磚打除，再覆蓋新的耐火黏土磚。目前所汰換之舊耐火黏土磚係作為廢棄物來處理，不僅造成環境的嚴重負擔，也不符合經濟效益。為符合環保趨勢，如何解決舊耐火黏土磚等大量廢棄物，成為刻不容緩的問題。

鋼鐵煉製工業中，除了利用耐火黏土磚建構高溫爐體，高溫爐體或周邊裝置亦會塗布耐火層。一般而言，習知耐火層之組成物可包含70重量百分比至98重量百分比之耐火性骨材、2重量百分比至30重量百分比之耐火性粉末、黏合劑以及分散劑。

然而，習知的耐火層組成物存在以下問題。首先，習知耐火層組成物之耐火性骨材係利用大量的天然礦石材料，例如水鋁石以及焦寶石等。由於天然礦石材料之成本甚高，而增加製程成本。其次，為增加耐火層組成物的黏著性，於耐火層組成物內添加苯酚樹脂及苯酚甲醛樹脂等有機化合物，而使得耐火層組成物於高溫環境下會產生有毒氣體，進而對操作人員或環境造成極大的傷害。

有鑑於此，亟需提供一種耐火無機層之製造方法，以克服舊耐火黏土磚之再利用以及習知的耐火層組成物的上述問題。

因此，本發明之一態樣是在提供一種耐火無機組成物，其係由第一耐火性骨材、第二耐火性骨材及耐火性粉末所組成，且此耐火無機組成物係用於噴塗製程。

其次，本發明之另一態樣是在提供一種耐火無機層之製造方法，其係利用廢棄耐火黏土磚來製作前述之耐火無機組成物的第一耐火性骨材，並藉由噴塗製程來形成耐火無機層。

再者，本發明之又一態樣是在提供一種耐火無機層，其係利用前述之製造方法製得。此耐火無機層之厚度不大於7mm，且經抗爆裂試驗後，耐火無機層表面之表面不產生裂紋。

根據本發明之一態樣，提出一種耐火無機組成物。在一實施例中，基於此耐火無機組成物之總使用量為100重量百分比，耐火無機組成物係由20重量百分比至50重量百分比之第一耐火性骨材、30重量百分比至40重量百分比之第二耐火性骨材及20重量百分比至40重量百分比之耐火性粉末所組成。此耐火無機組成物之平均粒度係大於0且小於或等於3mm，且此耐火無機組成物係用於噴塗步驟。

依據本發明之一實施例，上述之第一耐火性骨材係臘石。

依據本發明之另一實施例，上述之臘石的平均粒度係大於0且小於或等於3mm。

依據本發明之又一實施例，上述之第二耐火性骨材可包含但不限於水鋁石、焦寶石、電融氧化鋁、燒結氧化鋁、鋁礬土、藍晶石、紅柱石、富鋁紅柱石、莫來石、光晶石、礬土頁岩、矽石、耐火黏土、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化鉻、氮化矽、氮化鋁、鋯、碳化矽、碳化硼、硼化鈦、硼化鋯、黑鉛、瀝青、紅鈦錳礦、鉻鐵礦或上述材料之任意混合。

依據本發明之再一實施例，上述之第二耐火性骨材之平均粒度係大於0且小於或等於3mm。

依據本發明又另一實施例，上述之耐火性粉末可包含但不限於氧化鋁、非晶質氧化矽、高鋁、二氧化鈦、鋁礦砂、水鋁石、莫來石、礬土頁岩、耐火黏土、紅鈦錳礦、矽線石、紅柱石、矽石、鉻鐵礦、尖晶石、苦土(氧化鎂)、鋯石、氧化鋯、氧化鉻、氮化矽、氮化鋁、碳化矽、碳化硼、硼化鈦、硼化鋯、皂土、矽石碳、鈦或上述材料之任意混合。

根據本發明之另一態樣，提出一種耐火無機層之製造方法。在一實施例中，耐火無機層之製造方法係先對廢棄耐火黏土磚進行前處理製程，以形成第一耐火性骨材。此前處理製程係依序進行破碎步驟及粒度篩選步驟。

然後，對耐火無機組成物及混練液進行混合製程，以形成耐火無機組成物漿料，其中基於耐火無機組成物之總使用量為100重量份百分比，耐火無機組成物係由20重量百分比至50重量百分比之第一耐火性骨材、30重量百分比至40重量百分比之第二耐火性骨材及20重量百分比至40重量百分比之耐火性粉末所組成。

接著，利用耐火無機組成物漿料對基板進行噴塗製程，以形成耐火無機層於基板上，其中耐火層之厚度不大於7mm。

依據本發明之一實施例，上述之廢棄耐火黏土磚的平均粒度不低於1cm。

依據本發明之另一實施例，上述之第一耐火性骨材係臘石。

依據本發明之又一實施例，上述之臘石的平均粒度係大於0且小於或等於3mm。

依據本發明之再一實施例，上述之混練液係水。

依據本發明之又另一實施例，上述之第二耐火性骨材可包含但不限於水鋁石、焦寶石、電融氧化鋁、燒結氧化鋁、鋁礬土、藍晶石、紅柱石、富鋁紅柱石、莫來石、光晶石、礬土頁岩、矽石、耐火黏土、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化鉻、氮化矽、氮化鋁、鋯、碳化矽、碳化硼、硼化鈦、硼化鋯、黑鉛、瀝青、紅鈦錳礦、鉻鐵礦或上述材料之任意混合。

依據本發明之再另一實施例，上述之第二耐火性骨材之平均粒度係大於0且小於或等於3mm。

依據本發明之又另一實施例，上述之耐火性粉末可包含但不限於氧化鋁、非晶質氧化矽、高鋁、二氧化鈦、鋁礦砂、水鋁石、莫來石、礬土頁岩、耐火粘土、紅鈦錳礦、矽線石、紅柱石、矽石、鉻鐵礦、尖晶石、苦土(氧化鎂)、鋯石、氧化鋯、氧化鉻、氮化矽、氮化鋁、碳化矽、碳化硼、硼化鈦、硼化鋯、皂土、矽石碳、鈦或上述材料之任意混合。

依據本發明之再另一實施例，上述之耐火無機層之厚度為3mm至7mm。

根據本發明之又一態樣，提出一種耐火無機層。在一實施例中，此耐火無機層係利用前述之製造方法所製得，其中此耐火無機層之厚度不大於7mm。此耐火無機層經1400℃燒結3小時，且經1000℃之抗爆裂試驗後，其表面不產生裂紋。

依據本發明之一實施例，前述之耐火無機層的厚度係3mm至7mm。

應用本發明之耐火無機組成物、耐火無機層及其製造方法，其係利用廢棄耐火黏土磚來製作第一耐火性骨材，以取代習知之天然礦石材料，而可降低耐火無機層之製造成本，並有效回收利用廢棄耐火黏土磚。

100‧‧‧方法

110‧‧‧對廢棄耐火黏土磚進行前處理製程，以形成第一耐火性骨材

120‧‧‧對耐火無機組成物及混練液進行混合製程，以形成耐火無機組成物漿料

130‧‧‧進行噴塗製程

140‧‧‧形成耐火無機層

第1圖係繪示依照本發明之一實施例的耐火無機層之製造方法。

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。

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施例的一種耐火無機層之製造方法。在一實施例中，方法100係先對廢棄耐火黏土磚進行前處理製程，以形成第一耐火性骨材，如製程110所示。上述之前處理製程係依序進行破碎步驟及粒度篩選步驟。

在一實施例中，前述之廢棄耐火黏土磚之平均粒度係不低於1cm。若廢棄耐火黏土磚之平均粒度小於1cm時，尺寸過小之廢棄耐火黏土磚會提升回收之時間成本，而不符合經濟效益。

在一實施例中，上述之第一耐火性骨材係臘石。此臘石之平均粒度係大於0且小於或等於3mm。若臘石之平均粒度大於3mm時，粒度過大之臘石會影響接續之噴塗步驟，而無法利用噴塗步驟來製作耐火無機層。

然後，對耐火無機組成物及混練液進行混合製程，以形成耐火無機組成物漿料，如製程120所示。其中，混練液可為水。

基於前述之耐火無機組成物之總使用量為100重量百分比，耐火無機組成物係由20重量百分比至50重量百分比之第一耐火性骨材、30重量百分比至40重量百分比之第二耐火性骨材及20重量百分比至40重量百分比之耐火性粉末所組成，且此耐火無機組成物可用於噴塗步驟。

前述之第二耐火性骨材可包含但不限於水鋁石、焦寶石、電融氧化鋁、燒結氧化鋁、鋁礬土、藍晶石、紅柱石、富鋁紅柱石、莫來石、光晶石、礬土頁岩、矽石、耐火黏土、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化鉻、氮化矽、氮化鋁、鋯、碳化矽、碳化硼、硼化鈦、硼化鋯、黑鉛、瀝青、紅鈦錳礦、鉻鐵礦、其他適當之耐火性骨材或上述材料之任意混合。

在一實施例中，前述之第二耐火性骨材的平均粒度係大於0且小於或等於3mm。

上述之耐火性粉末可包含但不限於氧化鋁、非晶質氧化矽、高鋁、二氧化鈦、鋁礦砂、水鋁石、莫來石、礬土頁岩、耐火粘土、紅鈦錳礦、矽線石、紅柱石、矽石、鉻鐵礦、尖晶石、苦土(氧化鎂)、鋯石、氧化鋯、氧化鉻、氮化矽、氮化鋁、碳化矽、碳化硼、硼化鈦、硼化鋯、皂土、矽石碳、鈦、其他適當之耐火性骨材或上述材料之任意混合。

於進行前述之製程120後，利用上述之耐火無機組成物漿料對基板進行噴塗製程，以形成耐火無機層於基板上，如製程130與140所示。其中，此耐火無機層的厚度不大於7mm。

在一實施例中，耐火無機層之厚度可為3mm至7mm。

在一例示中，利用前述之製造方法可製得一耐火無機層。此耐火無機層之厚度不大於7mm，且此耐火無機層經1400℃燒結3小時，並經1000℃之抗爆裂試驗後，其表面不產生裂紋。上述之抗爆裂試驗係將燒結後之耐火無機層以1000℃之火焰直接加熱，並以目視觀察試體是否產生裂紋或破裂。

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，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。

製備耐火無機組成物 實施例1

首先，打除高溫爐體之廢棄耐火黏土磚，並回收耐火黏土磚之碎塊。接著，對此些碎塊進行前處理製程，以形成第一耐火性骨材。上述之前處理製程包含破碎步驟及粒度篩選步驟。

然後，將無機耐火組成物與水進行混合製程，以形成耐火無機組成物漿料。上述之無機耐火組成物包含20重量百分比之前述的第一耐火性骨材、40重量百分比之第二耐火性骨材及40重量百分比之耐火性粉末。

之後，將前述之耐火無機組成物漿料利用空氣壓送之方式進行噴塗，以形成耐火無機層於基板上，其中耐火無機層之厚度不大於7mm。所得之耐火無機層的物理性質、機械性質及抗爆裂性如第1表所示，其中上述之評價結果的檢測方法容後再述。

實施例2及比較例

實施例2及比較例之製備方法係使用與實施例1相同之製造方法，不同之處在於實施例2及比較例1係改變耐火無機組成物之成分與其使用量，其條件及評價結果如第1表所示，在此不另贅述。

評價項目 1. 物理性質

將前述實施例1及2與比較例所製得之耐火無機層先於1400℃下燒結3小時。然後，分別量測燒結後之耐火無機層的體密度及表面氣孔率。

利用水煮沸飽和法之方式測量前述實施例1及2與比較例所製得之耐火無機層的體密度。再者，利用顯微鏡觀察燒結後之實施例1及2與比較例所製得之耐火無機層，並利用影像處理軟體計算實施例1及2與比較例之表面氣孔所佔的面積比例。所測得之體密度及表面氣孔率如第1表所示。

2. 機械性質

依據JIS R2206與JIS R2553之耐火物標準檢驗方法，量測前述實施例1及2與比較例所製得之耐火無機層的壓碎強度與折斷強度。

其次，將前述各實施例1及2與比較例所製得之方型試體(其長寬高之邊長分別為40mm、40mm及160mm)，先以1400℃進行燒結步驟3小時。接著，將燒結後之試體折斷，並將一個折斷後之試體與新加入之原料重新澆注，以形成具有新舊料的第二樣品。

然後，對前述之第二樣品進行折斷強度試驗，即可測得新舊料之間的黏著強度(即實施例1及2與比較例之黏著強度)。

再者，依據JIS R2554之再熱線變形率測試方法來量測前述實施例1及2與比較例所製得之耐火無機層的再熱線變化率，其中再熱線變化率係根據下式(I)計算：

於式(I)中，A代表耐火無機層加熱前之長度，而B代表耐火無機層加熱後之長度。其中，再熱線變化率>0代表耐火無機層加熱後係收縮，而再熱線變化率<0代表耐火無機層加熱後係膨脹。

3. 抗爆裂性

首先，對前述實施例1及2與比較例所製得之方型試體(其長寬高之邊長分別為20cm、20cm與3cm)進行經時硬化(aging)步驟24小時後，以1000℃進行加熱步驟10分鐘。接著，目視觀察試體是否產生裂紋或破裂，其中○代表沒有產生裂紋，而×代表有產生裂紋。

請參閱第1表，其係表列實施例1及2與比較例之組成成份、其使用量與上述之評價結果。

根據第1表之物理性質的評價結果可知，實施例1及2與比較例之體密度及表面氣孔率係相近的，故本發明利用廢棄耐火黏土磚來取代習知之天然礦石材料並不會影響所製得之耐火無機層的體密度與表面氣孔率等之物理性質。

其次，依據機械性質的評價結果可知，當使用回收之廢棄耐火黏土磚來取代習知之天然礦石材料時，實施例1及2所製得之耐火無機層仍可具有良好之機械性質，而可有效抵抗鋼液之侵蝕，且可減少天然礦石材料之使用量，進而降低製造成本。

再者，實施例1及2所製得之耐火無機層經過1000℃之抗爆裂實驗後，耐火無機層亦未產生裂紋。因此，本發明所製作之耐火無機層可抵抗高溫之侵蝕，而可應用於煉鋼製程之高溫爐體。

由本發明上述實施例可知，本發明之耐火無機層的優點在於利用廢棄耐火黏土磚來製作第一耐火性骨材，以取代習知之天然礦石材料，而可降低耐火無機層之製造成本，並有效回收再利用廢棄耐火黏土磚。再者，所製造之耐火無機層仍可具有良好之物理性質及機械性質，而可取代習知之耐火無機層。

雖然本發明已以實施例揭露如上，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所界定者為準。

100‧‧‧方法

130‧‧‧進行噴塗製程

140‧‧‧形成耐火無機層

Claims

一種耐火無機層之製造方法，包含：對一廢棄耐火黏土磚進行一前處理製程，以形成一第一耐火性骨材，其中該前處理製程係依序進行一破碎步驟及一粒度篩選步驟，該廢棄耐火黏土磚之一平均粒度係不低於1cm，該第一耐火性骨材係臘石，且該臘石之一平均粒度係大於0且小於或等於3mm；對一耐火無機組成物及一混練液進行一混合製程，以形成一耐火無機組成物漿料，其中基於該耐火無機組成物之總使用量為100重量百分比，該耐火無機組成物係由20重量百分比至50重量百分比之該第一耐火性骨材、30重量百分比至40重量百分比之一第二耐火性骨材及20重量百分比至40重量百分比之一耐火性粉末所組成，該第二耐火性骨材係選自於由水鋁石、焦寶石、電融氧化鋁、燒結氧化鋁、鋁礬土、藍晶石、紅柱石、富鋁紅柱石、莫來石、光晶石、礬土頁岩、矽石、耐火黏土、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化鉻、氮化矽、氮化鋁、鋯石、碳化矽、碳化硼、硼化鈦、硼化鋯、黑鉛、瀝青、紅鈦錳礦、鉻鐵礦以及上述之任意組合所組成之一族群，且該耐火性粉末係選自於由氧化鋁、非晶質氧化矽、高鋁、二氧化鈦、鋁礦砂、水鋁石、莫來石、礬土頁岩、耐火粘土、紅鈦錳礦、矽線石、紅柱石、矽石、鉻鐵礦、尖晶石、苦土(氧化鎂)、鋯石、氧化鋯、氧化鉻、氮化矽、氮化鋁、碳化矽、碳化硼、硼化鈦、硼化鋯、皂土、矽石碳、鈦以及上述之任意組合所組成之一族群；以及利用該耐火無機組成物漿料對一基板進行一噴塗製程，以形成該耐火無機層於該基板上，其中該耐火無機層之一厚度係不大於7mm，該耐火無機層經1400℃燒結3小時，且經1000℃之一抗爆裂試驗後，該耐火無機層之表面不產生裂紋。
如申請專利範圍第1項所述之耐火無機層之製造方法，其中該混練液係水。
如申請專利範圍第1項所述之耐火無機層之製造方法，其中該第二耐火性骨材之一平均粒度係大於0且小於或等於3mm。
如申請專利範圍第1項所述之耐火無機層之製造方法，其中該耐火無機層之該厚度係3mm至7mm。