TWI529241B - 耐火無機組成物、耐火無機塗層及其製造方法 - Google Patents

Description

耐火無機組成物、耐火無機塗層及其製造方法

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

鋼鐵煉製工業中，高溫爐體常會使用耐火材料，例如利用火黏土磚建構高溫爐體，以及於高溫爐體塗布耐火塗層。

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火黏土磚打除，再覆蓋新的火黏土磚。目前上述產業所產生之耐火材料，如舊火黏土磚常作為廢棄物處理，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塗層。一般而言， 習知的耐火塗層組成物可包含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，習知的耐火塗層組成物存在以下問題。首先，習知耐火塗層組成物之耐火性骨材係利用高量的天然礦石，例如水鋁石以及焦寶石等，因天然礦石成本甚高，徒增製程成本。其次，為增加耐火塗層組成物的黏著性，於耐火塗層組成物內添加苯酚樹脂、苯酚甲醛樹脂等有機化合物，高溫環境下會產生有毒氣體，無論對操作人員或環境都會造成極大的傷害。

有鑑於此，亟需提供一種耐火無機塗層之製備方法，以克服舊火黏土磚之再利用以及習知的耐火塗層組成物的上述問題。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種耐火無機組成物，包含第一耐火性骨材、第二耐火性骨材以及耐火性粉末，且耐火無機組成物係用於噴塗步驟。

其次，本發明之另一態樣是在提供一種耐火無機塗層之製造方法，其係提供由舊火黏土磚所製得的第一耐火性骨材，再將第一耐火性骨材與第二耐火性骨材、耐火性粉末以及水混合以形成耐火無機組成物漿料，再將耐火無機組成物漿料利用噴塗步驟形成於基材上，以形成耐火無機塗層。

再者，本發明之又一態樣是在提供一種耐火無機塗層，利用上述方法製得，其中耐火無機塗層之厚度係不大於7毫米(mm)，並且經1000℃之爆裂性試驗後，耐火無機塗層之表面係不含裂紋。

根據本發明之上述態樣，提出一種耐火無機組成物，其中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、20重量百分比至40重量百分比之第二耐火性骨材以及20重量百分比至40重量百分比之耐火性粉末所組成，耐火無機組成物之粒徑係不大於7毫米，且耐火無機組成物係用於噴塗步驟。

根據本發明之上述態樣，提出一種耐火無機塗層之製造方法。在一實施例中，首先，提供舊火黏土磚，將舊火黏土磚依序進行打除步驟、回收步驟、破碎步驟以及粒度篩選步驟，以形成第一耐火性骨材。接著，將第一耐火性骨材、第二耐火性骨材、耐火性粉末以及水進行混合步驟，以形成耐火無機組成物漿料，其中耐火無機組成物漿料係由20重量百分比至50重量百分比之第一耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之第二耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之耐火性粉末以及水所組成。然後，將耐火無機組成物漿料利用噴塗步驟形成於基材上，以形成耐火無機塗層，其中耐火無機塗層之厚度係不大於7毫米。

根據本發明之上述態樣，提出一種耐火無機塗層，其係由上述方法製得。

應用本發明耐火無機組成物、耐火無機塗層及其製造方法，由於上述之耐火無機組成物係利用舊火黏土磚取代習知高量的天然礦石，所形成之耐火無機組成物的粒徑為不大於7毫米，且耐火無機組成物係用於噴塗步驟，以形成耐火無機塗層。耐火無機塗層經1000℃之爆裂性試驗後，耐火無機塗層之表面係不含裂紋。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供舊火黏土磚

120‧‧‧製備第一耐火性骨材步驟

130‧‧‧進行混合步驟

140‧‧‧進行噴塗步驟

150‧‧‧形成耐火無機塗層

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圖係繪示依照本發明之一實施例的一種耐火無機塗層之製造方法的流程圖。

承前所述，本發明提供一種耐火無機組成物、耐火無機塗層及其製造方法，其係利用舊火黏土磚所製得的第一耐火性骨材取代習知高量的天然礦石。並將耐火無機組成物漿料利用噴塗步驟形成於基材，以形成耐火無機塗層。以下說明本發明耐火無機組成物、耐火無機塗層及其製造方法。

耐火無機組成物的組成

本發明之耐火無機組成物，其中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、20重量百分比至40重量百分比之第二耐火性骨材以及20重 量百分比至40重量百分比之耐火性粉末所組成，耐火無機組成物之粒徑係不大於7毫米，且上述之耐火無機組成物不含水泥，並且上述之耐火無機組成物係用於噴塗步驟。

在一實施例中，上述之耐火無機組成物係由20重量百分比至30重量百分比之第一耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之第二耐火性骨材以及20重量百分比至40重量百分比之耐火性粉末所組成。

在一實施例中，上述之舊火黏土磚係高溫爐體之廢棄火黏土磚。

在一實施例中，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、鉻鐵礦及其任意組合。

在一實施例中，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、鈦及其任意組合。

耐火無機塗層之製造方法

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施例的耐火無機塗層之製造方法的流程示意圖。

1.提供舊火黏土磚

首先，如步驟110所示，提供舊火黏土磚，其中此舊火黏土磚係高溫爐體之廢棄火黏土磚。

2.製備第一耐火性骨材步驟

接著，如步驟120所示，進行製備第一耐火性骨材步驟，將舊火黏土磚從高溫爐體上打除並回收後，接著進行破碎步驟以及粒度篩選步驟，以形成第一耐火性骨材，其中第一耐火性骨材之粒徑均勻。在一實施例中，上述之第一耐火性骨材之粒徑係不大於7毫米。在又一實施例中，上述之第一耐火性骨材之粒徑係3毫米至7毫米。在另一實施例中，上述之第一耐火性骨材之粒徑係大於0毫米且不大於3毫米。惟上述有關打除步驟、回收步驟、破碎步驟以及粒度篩選步驟等為本技術領域中任何具有通常知識者所熟知，此處不再贅述。

3.進行混合步驟

然後，如步驟130所示，將上述之第一耐火性骨材，與第二耐火性骨材、耐火性粉末以及水進行混合步驟，以形成耐火無機組成物漿料。在一實施例中，第二耐火性骨材之粒徑係大於0毫米且不大於7毫米。在一例示中，第二耐火性骨材係之平均粒徑大於0毫米且不大於3毫 米。在一例示中，第二耐火性骨材係之平均粒徑係3毫米至7毫米。在另一實施例中，耐火性粉末之粒徑係大於0毫米且不大於7毫米。在一例示中，上述之耐火性粉末之粒徑係大於0毫米且不大於4.5毫米。在又一例示中，上述之耐火性粉末之粒徑係大於0毫米且不大於3毫米。

在一實施例中，耐火無機組成物漿料係由20重量百分比至50重量百分比之第一耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之第二耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之耐火性粉末以及水所組成。在其他實施例中，耐火無機組成物漿料係由20重量百分比至30重量百分比之第一耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之第二耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之耐火性粉末以及水所組成。

在一實施例中，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、鉻鐵礦及其任意組合。

在一實施例中，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、鈦及其任意組合。

4.進行噴塗步驟

隨後，如步驟140所示，將上述之耐火無機組成物漿料利用噴塗步驟形成於基材上，以形成耐火無機塗層，其中耐火無機塗層之厚度係不大於7毫米，且耐火無機塗層經1000℃之爆裂性試驗後，耐火無機塗層之表面係不含裂紋。在一例示中，耐火無機塗層之厚度係介於3毫米至7毫米。

在一實施例中，上述之基材可包含但不限於高溫爐體、高溫爐壁、高溫爐體之外壁、周邊裝置、未與高溫液體(例如熔融金屬液)直接接觸之裝置及其任意組合。

在一實施例中，上述之噴塗步驟可包含但不限於乾式噴塗步驟、濕式噴塗步驟及其任意組合。在一例示中，上述之噴塗步驟係利用空氣壓送方式進行乾式噴塗步驟。在又一例示中，上述之噴塗步驟係利用泵浦壓送方式進行濕式噴塗步驟。

值得一提的是本發明上述所得之耐火無機組成物之特徵之一係在於利用舊火黏土磚取代習知高量的天然礦石。因此，可將舊火黏土磚再利用，以符合環保趨勢。其次，上述之耐火無機組成物的粒徑為不大於7毫米，因此可用於噴塗，並形成厚度較薄之耐火無機塗層。再者，上述之耐火無機塗層經1000℃之爆裂性試驗後，其表面係不含裂紋。

以下列舉數個實施例，藉此更詳盡闡述本發明之耐火無機組成物、耐火無機塗層及其製造方法，然其並非用以限定本發明，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。

實施例1

首先，將高溫爐體之舊火黏土磚打除，將舊火黏土磚依序進行打除步驟、回收步驟、破碎步驟以及粒度篩選步驟，以形成第一耐火性骨材。

接著，將上述之第一耐火性骨材與第二耐火性骨材、耐火性粉末以及水進行混合步驟，以形成耐火無機組成物漿料。其中耐火無機組成物漿料，係由20重量百分比之第一耐火性骨材、40重量百分比之第二耐火性骨材、40重量百分比之耐火性粉末以及水所組成。

然後，將上述之耐火無機組成物漿料係利用空氣壓送方式進行噴塗步驟，形成於基材上，以形成耐火無機塗層，其中耐火無機塗層之厚度係不大於7毫米。

實施例2

實施例2同實施例1的製作方法，不同處在於實施例2之耐火無機組成物原料的使用量不同，其使用量如第1表所示。

比較例

比較例之製作方法同於實施例，不同處在於比較例1之耐火無機組成物原料的組成、使用量不同，其配方及使用量如第1表所示。

評估方式

實施例與比較例之耐火無機塗層高溫燒結後之性能測試。將實施例與比較例進行1400℃燒結，燒結時間為3小時。實施例與比較例之測試項目如下：

1.物理性質

採用耐火磚視孔隙度、吸水率以及比重試驗法CNS-R3013(1986)，以水煮沸飽和法方式測量實施例1至2與比較例之耐火無機塗層的體密度與表面氣孔率，其中「○」表示體密度為大於2公克/立方公分(g/cm³)或表面氣孔率大於28.5百分比(%)，「×」表示體密度小於2 g/cm³或表面氣孔率小於28.5%，其結果如第2表所示。

實施例1至2與比較例進行物理性質測試。簡言之，係將實施例1至2與比較例利用顯微鏡觀察燒結後之 實施例與比較例，並以影像處理軟體計算實施例與比較例表面氣孔所佔之面積比例。

第2表列出實施例與比較例之耐火無機塗層之物理性質[例如：體密度(g/cm³)與表面氣孔率(%)]的結果。

由第2表測試結果可知，實施例與比較例之體密度與表面氣孔率相近，兩者體密度均大於2 g/cm³，且兩者表面氣孔率均大於28.5%，代表本發明利用舊火黏土磚取代習知高量的天然礦石，不會影響其體密度以及表面氣孔率。

2.抗爆裂性

實施例1至2與比較例之耐火無機塗層進行抗爆裂性測試。簡言之，係利用試體(20x20x3 cm³)經養生(亦稱經時硬化，age)24小時後，以1000℃進行加熱步驟10分鐘。接著，目視觀察試體是否發生裂紋或破裂。

壓碎強度與折斷強度係根據JIS R2206與JIS R2553耐火物標準檢驗方法，測試實施例1至2與比較例之耐火無機塗層的壓碎強度與折斷強度，其中判斷標準為壓碎強度需大於24.7 MPa(「○」表示壓碎強度大於24.7 MPa，「×」表示壓碎強度小於24.7 MPa)，而折斷強度需大於9 MPa(「○」表示折斷強度大於9 MPa。「×」表示折斷強度小於9 MPa)。

其次，進行黏著強度測試方法。簡言之，係製作樣品(40x40x160mm³)，並以1400℃進行燒結步驟3小時。接著，將樣品折斷，將上述之樣品的一半加入新料重新澆注、燒結成為具有新舊料的第二樣品。然後，將第二樣品進行折斷強度試驗，即為其新舊料的黏著強度。測試實施例1至2與比較例之耐火無機塗層的黏著強度，其中判斷標準為黏著強度需大於6 MPa(「○」表示黏著強度大於6 MPa。「×」表示黏著強度小於6 MPa。)

再者，依據JIS-R2554之再熱線變形率測試方法，利用1400℃燒結3小時之測試條件，測試實施例1至2與比較例之耐火無機塗層的再熱線變化率，關於再熱線變化率係根據下式(I)的定義：

A：加熱前之耐火無機塗層的長度

B：加熱後之耐火無機塗層的長度

其中再熱線變化率為負值表示收縮，再熱線變化率為正值表示膨脹。判斷標準為再熱線變化率之絕對值需小於0.6%(「○」表示再熱線變化率之絕對值需小於0.6%。「×」表示再熱線變化率之絕對值大於0.6%)。

第3表列出實施例與比較例之耐火無機塗層之抗爆裂性(例如：壓碎強度(MPa)、折斷強度(MPa)、黏著強度(MPa)以及再熱線變化率(%))測試的結果。

由第3表抗爆裂性測試結果可知，實施例與比較例之壓碎強度、折斷強度、黏著強度以及再熱線變化率均相近。代表本發明之實施例係利用舊火黏土磚取代習知高量的天然礦石，而不會影響原塗層之抗爆裂性。

惟在此需補充的是，本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者應可輕易理解，本發明之耐火無機塗層僅為例示說明，在其他實施例中亦可使用其他金屬材質之基材等。此為本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者所熟知，不另贅述。

綜言之，由上述本發明實施方式可知，應用本發明耐火無機組成物、耐火無機塗層及其製造方法，利用舊火黏土磚所製得的第一耐火性骨材取代習知高量的天然礦石。因此，可將舊火黏土磚再利用，以符合環保趨勢。其 次，上述之耐火無機組成物的粒徑為不大於7毫米，因此可用於噴塗，並形成厚度較薄之耐火無機塗層。再者，上述之耐火無機塗層經1000℃之爆裂性試驗後，其表面係不含裂紋。

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

110‧‧‧提供舊火黏土磚

120‧‧‧製備第一耐火性骨材步驟

130‧‧‧進行混合步驟

140‧‧‧進行噴塗步驟

150‧‧‧形成耐火無機塗層

Claims (13)

1. 一種耐火無機組成物，其中該耐火無機組成物係由20重量百分比至50重量百分比之一第一耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之一第二耐火性骨材以及20重量百分比至40重量百分比之一耐火性粉末所組成，該耐火無機組成物之一平均粒徑係3毫米(mm)至7毫米，該耐火無機組成物係用於一噴塗步驟，且該耐火無機組成物形成之一耐火無機塗層具有大於28.5%之一表面氣孔率、大於24.7MPa的一壓碎強度、大於9MPa的一折斷強度以及大於6MPa的一黏著強度。
2. 如請求項1所述之耐火無機組成物，其中該耐火無機組成物係由20重量百分比至30重量百分比之該第一耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之該第二耐火性骨材以及20重量百分比至40重量百分比之該耐火性粉末所組成。
3. 如請求項1所述之耐火無機組成物，其中該第一耐火性骨材係一高溫爐體之一廢棄火黏土磚。
4. 如請求項1所述之耐火無機組成物，其中該第二耐火性骨材係選自水鋁石、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、鉻鐵礦及其任意組合所組成之一族群。
5. 如請求項1所述之耐火無機組成物，其中該第二耐火性骨材係之一平均粒徑大於0毫米且不大於3毫米。
6. 如請求項1所述之耐火無機組成物，其中該耐火性粉末係選自氧化鋁、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、鈦及其任意組合所組成之一族群。
7. 一種耐火無機塗層之製造方法，包含：提供一舊火黏土磚，將該舊火黏土磚依序進行一破碎步驟與一粒度篩選步驟，以形成一第一耐火性骨材；將該第一耐火性骨材、一第二耐火性骨材、一耐火性粉末以及水進行一混合步驟，以形成一耐火無機組成物漿料，其中該耐火無機組成物漿料係由20重量百分比至50重量百分比之一第一耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之該第二耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分 比之該耐火性粉末以及該水所組成；以及將該耐火無機組成物漿料利用一噴塗步驟形成於一基材上，以形成一耐火無機塗層，其中該耐火無機塗層之一厚度係介於3毫米至7毫米，且該耐火無機塗層具有大於28.5%之一表面氣孔率、大於24.7MPa的一壓碎強度、大於9MPa的一折斷強度以及大於6MPa的一黏著強度。
8. 如請求項7所述之耐火無機塗層之製造方法，其中該耐火無機組成物漿料係由20重量百分比至30重量百分比之該第一耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之該第二耐火性骨材、20重量百分比至40重量百分比之該耐火性粉末以及該水所組成。
9. 如請求項7所述之耐火無機塗層之製造方法，其中該舊火黏土磚係一高溫爐體之一廢棄火黏土磚。
10. 如請求項7所述之耐火無機塗層之製造方法，其中該第二耐火性骨材係選自水鋁石、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、鉻鐵礦及其任意組合所組成之一族群。
11. 如請求項7所述之耐火無機塗層之製造方法，其中該第二耐火性骨材係之一平均粒徑大於0毫米且不大於3毫米。
12. 如請求項7所述之耐火無機塗層之製造方法，其中該耐火性粉末係選自氧化鋁、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、鈦及其任意組合所組成之一族群。
13. 一種耐火無機塗層，其係利用如請求項7至12任一項所述之方法製得，其中該耐火無機塗層經1000℃之一爆裂性試驗後，該耐火無機塗層之一表面係不含裂紋。