TWI530472B - 高爐堵泥材之製造方法 - Google Patents

Description

高爐堵泥材之製造方法

本發明是有關於一種堵泥材(Tap Hole Clay)，且特別是有關於一種高爐堵泥材之製造方法。

在製作高爐用之堵泥材時，通常係先將高價值的氧化物或碳化物之顆粒、細顆粒與粉料置入混拌機中，再添加有機黏結劑，以混拌機進行混煉。煉後之材料經擠出成型後可製得堵泥材。其中，氧化物為氧化鋁、氧化矽、鋁-矽氧化混合礦物、或氧化鎂鋁尖晶石礦物等。而碳化物為碳黑、石墨、碳化矽或碳氮化矽等。有機黏結劑則為煤焦油、蒽油或酚醛樹脂液等。

目前的堵泥材製作技術，係選用腊石、剛玉、黏土、石墨、碳質、碳化矽、氮化矽等各種礦物相之粉料，小於1mm細顆粒與1mm~3mm顆粒等耐火物加以混合。接著，添加10wt%~30wt%的媒焦油、蒽油或酚醛樹脂液等有機黏結劑來進行混煉。最後，以擠出方式成型而製得堵泥材。

然而，由於利用此方式所製得之堵泥材中，碳含量一般均大於10wt%，且堵泥材中的無機骨材顆粒、粉料大都被這些碳質物包圍成孤島狀。因此，在此堵泥材中，各顆粒與粉料團塊之間充滿碳質微孔洞，而不易形成緻密組織。如此一來，將導致堵泥材在400℃~1200℃之燒結強度偏低，而易發生開孔內裂現象，進而導致堵泥材之抗鐵水與熔渣侵蝕性不佳。

此外，中華民國專利申請號第0970149909號提出一種用於高爐堵泥材之易燒結碳質添加劑。此易燒結碳質係液晶介相光學異方性之類石墨層狀結構顆粒，具有一核部與一外層，其中外層包覆核部。此易燒結碳質添加包含含量75 wt%至95wt%之固定碳與5wt%至25wt%的揮發份。雖然此易燒結碳質添加劑可提升堵泥材出鐵時間與出鐵口深度，但此易燒結碳質添加劑價格昂貴，因此難以普及。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種高爐堵泥材之製造方法，其可製作出具有較高之400℃~1200℃燒結強度與較緻密之組織結構的堵泥材。

本發明之另一態樣是在提供一種高爐堵泥材之製造方法，其可抑制堵泥材溫度大於1500℃之燒結強度，因此所製作出之堵泥材容易開孔，且不易內裂，同時可增加高爐之出鐵時間與出鐵口深度，更可增對高爐出鐵口之保護性，進而可延長高爐使用壽命。

本發明之又一態樣是在提供一種高爐堵泥材之製造方法，其可回收再利用煉鋼/煉鐵或耐火物製程中所產生之廢舊鋁矽碳質耐火物來製作鋁矽碳質耐火添加物顆粒。因此，運用本發明之方法，可大幅降低高爐堵泥材之製造成本、及減少廢舊鋁矽碳質耐火物丟棄掩埋或燃燒而對環境所造成之汙染，更可省下廢舊鋁矽碳質耐火物堆放存置於廠區土地上所占用之成本，相當環保與節能。

根據本發明之上述目的，提出一種高爐堵泥材之製造 方法，其包含下列步驟。提供一堵泥材原料，其中此堵泥材原料之含量為100重量單位。摻入一鋁矽碳質耐火物於堵泥材原料中。其中，此鋁矽碳質耐火物係經一高壓壓製程序及/或一高溫燒結程序後之一耐火物。此鋁矽碳質耐火物之摻入範圍從5重量單位至15重量單位。對前述之堵泥材原料與鋁矽碳質耐火物進行一混拌處理，而形成一混拌物。添加一黏結劑於前述之混拌物中，其中此黏結劑之添加量範圍從15重量單位至20重量單位。對前述之混拌物與黏結劑進行一混煉處理，而形成一堵泥材混煉物。對此堵泥材混煉物進行一擠出成型步驟，而形成高爐堵泥材。

依據本發明之一實施例，上述之鋁矽碳質耐火物包含：一第一部分以及一第二部分。第一部分之粒度小於1mm，且第一部分之含量範圍大於0重量單位且小於或等於10重量單位。第二部分之粒度範圍從1mm至3mm，且第二部分之含量範圍大於0重量單位且小於或等於10重量單位。

依據本發明之另一實施例，上述進行混拌處理之時間範圍從5分鐘至20分鐘。

依據本發明之又一實施例，上述黏結劑之材料包含煤焦油、蒽油或酚醛樹脂液。

依據本發明之再一實施例，上述添加黏結劑之步驟包含：一第一添加步驟，以加入黏結劑之一部分，其中黏結劑之前述部分的添加量範圍從5重量單位至15重量單位；以及一第二添加步驟，以加入黏結劑之一剩餘部分。

依據本發明之再一實施例，於第一添加步驟與第二添 加步驟之間，上述混煉處理進行3分鐘至15分鐘，且於第二添加步驟之後，上述混煉處理進行5分鐘至30分鐘，此混煉處理之總進行時間不超過40分鐘。

依據本發明之再一實施例，上述混煉處理之一製程溫度的範圍從40℃至70℃。

依據本發明之再一實施例，上述擠出成型步驟之一製程溫度低於90℃，且此擠出成型步驟之一製程時間小於10分鐘。

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種高爐堵泥材之製造方法的流程圖。在本實施方式中，製造高爐堵泥材時，如方法100之步驟102所述，先提供堵泥材之原料。堵泥材之原料可包含氧化物與碳化物。其中，氧化物可例如包含氧化鋁、氧化矽、鋁-矽氧化混合礦物、或氧化鎂鋁尖晶石礦物。碳化物則可例如包含碳黑、石墨、碳化矽或碳氮化矽。

接著，如步驟104所述，將鋁矽碳質耐火物摻入泥材原料中。在本實施方式中，此鋁矽碳質耐火物係經過高壓壓製程序及/或高溫燒結程序後之耐火物。

在一示範實施例中，此鋁矽碳質耐火物之原料可採用資源回收再利用之舊鋁矽碳質耐火物。此舊鋁矽碳質耐火物可為經煉鐵或煉鋼等製程使用過，或者可為耐火物生產製程中不合格而廢棄之鋁矽碳質耐火物。取得這些廢棄之鋁矽碳質耐火物後，利用資源回收再利用技術對此廢棄之 鋁矽碳質耐火物進行處理。

請參照第2圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種舊鋁矽碳質耐火物之資源回收再利用製程的流程圖。進行舊鋁矽碳質耐火物之資源回收再利用製程200時，首先如步驟202所述，取得經高壓壓製程序及/或高溫燒結程序之鋁矽碳質耐火物，例如經高溫製程使用過、經煉鋼/煉鐵製程使用過、或耐火物製程中不合格廢棄之鋁矽碳質耐火物。接下來，如步驟204所述，對所取得之舊鋁矽碳質耐火物進行分類收集。再如步驟206所述，先對這些舊鋁矽碳質耐火物進行簡單的清潔處理，以清除沾附在舊鋁矽碳質耐火物表面上的雜質。

接著，如步驟208所述，利用例如熔銑熔渣方式，打除舊鋁矽碳質耐火物中的雜質滲透層。再如步驟210所述，將這些舊鋁矽碳質耐火物壓碎，使舊鋁矽碳質耐火物破碎成小顆粒或粉狀。隨後，如步驟212所述，對破碎之舊鋁矽碳質耐火物進行磁選處理，以去除舊鋁矽碳質耐火物中之鐵成分。最後，如步驟214所述，對顆粒狀與粉狀之舊鋁矽碳質耐火物進行篩分，以獲得粒度範圍從1mm至3mm的鋁矽碳質耐火物顆粒、以及粒度小於1mm之鋁矽碳質耐火物粉料。

這些鋁矽碳質耐火物顆粒與粉料可例如為含有腊石或莫來石或石英、剛玉、石墨、碳質物、碳化矽等高溫耐火礦物或礦物相等之組成物。請參照下表一，其係記錄由舊鋁矽碳質耐火物經資源回收再利用處理後所獲得之鋁矽碳質耐火物顆粒與粉料的物化性。

由上表一可知，由於這些鋁矽碳質耐火物顆粒與粉料係經由高壓壓製成型製造程序或高溫燒結製造程序之舊鋁矽碳質耐火物所製成，因此這些鋁矽碳質耐火物顆粒與粉料具有高強度與良好的抗鐵水/熔渣侵蝕性。本實施例針對由廢舊鋁矽碳質耐火物所製成之鋁矽碳質耐火物顆粒與粉料具有高強度與良好抗鐵水/熔渣侵蝕的特性，而將這些鋁矽碳質耐火物顆粒與粉料添加至堵泥材原料中，藉此有效增強堵泥材之燒結強度與抗鐵水爐渣侵蝕性。如此一來，可提高廢舊鋁矽碳質耐火物之使用效益與資源回收再利用 之附加價值。

此外，由於生產製造鋁矽碳質耐火材料的廠商，在製造或客戶使用過程中，均會產生廢舊鋁矽碳質耐火物，而有必須回收處理這些廢舊鋁矽碳質耐火物的壓力與需求。在這樣的情況下，這些廢舊鋁矽碳質耐火物的取得成本非常低廉，而可大幅降低高爐堵泥材之製造成本。再者，回收再利用廢舊鋁矽碳質耐火物，不僅可大幅減少廢舊鋁矽碳質耐火物丟棄掩埋或燃燒而對環境所造成之汙染，更可省下廢舊鋁矽碳質耐火物堆放存置於廠區土地上所占用之成本，相當環保與節能。

在一示範例子中，堵泥材原料之含量可例如為100重量單位，且鋁矽碳質耐火物之摻入範圍可例如從5重量單位至15重量單位。也就是說，鋁矽碳質耐火物摻入堵泥材原料的添加量為15wt%。在另一例子中，鋁矽碳質耐火物摻入堵泥材原料的添加量可達30wt%。

此外，在一示範例子中，所添加之鋁矽碳質耐火物包含粒度範圍不同之二部分。鋁矽碳質耐火物之第一部分的粒度小於1mm，且所添加之第一部分的含量範圍可例如大於0重量單位且小於或等於10重量單位。鋁矽碳質耐火物之第二部分的粒度範圍從1mm至3mm，且所添加之第二部分的含量範圍大於0重量單位且小於或等於10重量單位。

請再次參照第1圖，完成步驟104後，如步驟106所述，利用混拌機，對堵泥材原料與所摻入之鋁矽碳質耐火物進行混拌處理，使堵泥材原料與鋁矽碳質耐火物混合而 形成混拌物。在一示範例子中，混拌處理之進行時間的範圍可例如從5分鐘至20分鐘。

接下來，如步驟108所述，將黏結劑添加至混拌物中。黏結劑之材料可例如包含煤焦油、蒽油或酚醛樹脂液。在一實施例中，黏結劑之添加量範圍可例如從15重量單位至20重量單位。在添加黏結劑的同時，如步驟110所述，對堵泥材原料與鋁矽碳質耐火物所混合而成的混拌物與黏結劑進行混煉處理，藉以形成堵泥材混煉物。在一例子中，混煉處理之製程溫度的範圍可例如從40℃至70℃。

在一示範例子中，可以兩段式的方式來添加黏結劑與混煉處理，亦即分二次添加黏結劑，且於每次添加黏結劑後，隨即進行混煉處理。在一例子中，第一次添加黏結劑時，係加入黏結劑之全部添加量的一部分，此部分的添加量範圍可例如從5重量單位至15重量單位。第二次添加黏結劑時，則係將剩餘的黏結劑部分加入混拌物中。此外，第一次添加黏結劑後，但尚未進行第二次添加步驟前，先進行例如3分鐘製5分鐘的第一次混煉處理。接著，於第二次添加黏結劑後，再進行例如5分鐘至30分鐘的第二次混煉處理。在此例子中，混煉處理之總進行時間不超過40分鐘。

然後，如步驟112所述，對混煉後之堵泥材混煉物進行擠出成型步驟，藉此即可形成高爐用之堵泥材。在一例子中，此擠出成型步驟之製程溫度可例如控制在低於90℃，且此擠出成型步驟的製程時間可例如小於10分鐘。

在本實施例中，由於所添加之鋁矽碳質耐火物顆粒或 粉料係利用經高壓壓製程序及/或高溫燒結程序、或經煉鐵/煉鋼製程、或耐火物生產製程中之廢舊鋁矽碳質耐火物所製成。因此，這些鋁矽碳質耐火物顆粒或粉料的組織結構緻密，且具有高強度與良好的耐鐵水/熔渣侵蝕性。故，可提高堵泥材在400℃~1200℃之燒結強度，且可抑制堵泥材製成品於溫度大於1500℃的燒結強度，進而可增加高爐之出鐵時間與出鐵口深度。而且，此堵泥材製成品容易開孔，且不易內裂，而防止鐵水/熔渣由裂縫滲入，進而可增強對高爐之出鐵口的保護，達到延長高爐使用壽命的效果。

此外，本實施例採用舊鋁矽碳質耐火物來製作堵泥材之耐火添加物，其成本遠較一般高抗蝕性耐火物便宜。因此，此種堵泥材的製作方法容易推廣，而可普及使用。

示範實施例1

在本實施例中，於10公斤之堵泥材原料中，外加500公克之粒度範圍1mm~3mm的舊鋁矽碳質耐火添加物顆粒，並於60℃~65℃的製程溫度下，進行混煉處理20分鐘~30分鐘。其中，堵泥材原料之骨材粉料係由高價值的氧化物與碳化物等組成。此外，黏結劑的添加約為16wt%。原配方與此實施例之配方的燒結物性如下表二所示。

根據上表二之實驗室物化性檢測結果，可知添加5wt%之粒度1mm~3mm的舊鋁矽碳質耐火添加物顆粒之堵泥材配方之400℃~1200℃燒結強度較原堵泥材配方高，而1500℃燒結強度則與原堵泥材配方相近，因此有利於堵泥材之開孔作業。此外，本實施例之堵泥材配方的渣侵蝕指數較原堵泥材配方低，顯示外加5wt%之粒度1mm~3mm的舊鋁矽碳質耐火添加物顆粒於堵泥材原料中，可提高堵泥材的抗渣銑侵蝕性，有利於提高堵泥材之出鐵時間。

示範實施例2

在本實施例中，於10公斤之堵泥材原料中，外加500公克之粒度小於1mm的舊鋁矽碳質耐火添加物顆粒、與500公克之粒度1mm~3mm的舊鋁矽碳質耐火添加物顆粒，並於60℃~65℃的製程溫度下，進行混煉處理20分鐘~30分鐘。其中，堵泥材原料之骨材粉料係由高價值的氧化物與碳化物等組成。此外，黏結劑的添加約為16wt%。原配方與此實施例之配方的燒結物性如下表三所示。

根據上表三之實驗室物化性檢測結果，可知外加5wt%之粒度小於1mm以及5wt%之粒度1mm~3mm的舊鋁矽碳質耐火添加物顆粒之堵泥材配方的400℃~1200℃燒結強度較原堵泥材配方高，而1500℃燒結強度則與原堵泥材配方相近，因此有利於堵泥材之開孔作業。此外，本實施例之堵泥材配方的渣侵蝕指數較原堵泥材配方略高，顯示外加5wt%之粒度小於1mm以及5wt%之粒度1mm~3mm的舊鋁矽碳質耐火添加物顆粒於堵泥材原料中，會略微降低堵泥材的抗渣銑侵蝕性。

示範實施例3

在本實施例中，於10公斤之堵泥材原料中，外加500公克之粒度小於1mm的舊鋁矽碳質耐火添加物顆粒、與1000公克之粒度1mm~3mm的舊鋁矽碳質耐火添加物顆粒，並於60℃~65℃的製程溫度下，進行混煉處理20分鐘~40分鐘。其中，堵泥材原料之骨材粉料係由高價值的氧化物與碳化物等組成。此外，黏結劑的添加約為16.5wt%。原配方與此實施例之配方的燒結物性如下表四所示。

根據上表四之實驗室物化性檢測結果，可知外加5wt%之粒度小於1mm以及10wt%之粒度1mm~3mm的舊鋁矽碳質耐火添加物顆粒之堵泥材配方的400℃~1200℃燒結強度較原堵泥材配方高，而1500℃燒結強度也較原堵泥材配方高，因此有利於堵泥材之開孔作業。此外，本實施例之堵泥材配方的渣侵蝕指數較原堵泥材配方低，顯示外加10wt%之粒度1mm~3mm的舊鋁矽碳質耐火添加物顆粒於堵泥材原料中，可明顯提高堵泥材的抗渣銑侵蝕性。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點為運用本發明之方法可製作出具有較高之400℃~1200℃燒結強度與較緻密之組織結構的堵泥材。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點為運用本發明之方法可抑制堵泥材溫度大於1500℃之燒結強度，因此所製作出之堵泥材容易開孔，且不易內裂，同時可增加高爐之出鐵時間與出鐵口深度，更可增對高爐出鐵口之保護性，進而可延長高爐使用壽命。

由上述之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為本發明之方法可回收再利用煉鋼/煉鐵或耐火物製程中所產生之廢舊鋁矽碳質耐火物來製作鋁矽碳質耐火添加物顆粒。因此，運用本發明之方法，可大幅降低高爐堵泥材之製造成本、及減少廢舊鋁矽碳質耐火物丟棄掩埋或燃燒而對環境所造成之汙染，更可省下廢舊鋁矽碳質耐火物堆放 存置於廠區土地上所占用之成本，相當環保與節能。

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

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

106‧‧‧步驟

108‧‧‧步驟

110‧‧‧步驟

112‧‧‧步驟

200‧‧‧資源回收再利用製程

202‧‧‧步驟

204‧‧‧步驟

206‧‧‧步驟

208‧‧‧步驟

210‧‧‧步驟

212‧‧‧步驟

214‧‧‧步驟

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方式的一種高爐堵泥材之製造方法的流程圖。

第2圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種舊鋁矽碳質耐火物之資源回收再利用製程的流程圖。

100‧‧‧方法

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

106‧‧‧步驟

108‧‧‧步驟

110‧‧‧步驟

112‧‧‧步驟

Claims (4)

1. 一種高爐堵泥材之製造方法，包含：提供一堵泥材原料，其中該堵泥材原料之含量為100重量單位；摻入一鋁矽碳質耐火物於該堵泥材原料中，其中該鋁矽碳質耐火物係經一高壓壓製程序及/或一高溫燒結程序後之一耐火物，該鋁矽碳質耐火物之摻入範圍從5重量單位至15重量單位，其中該鋁矽碳質耐火物含有腊石或莫來石或石英、剛玉、石墨、碳質物、碳化矽，且該鋁矽碳質耐火物包含：一第一部分，其中該第一部分之粒度小於1mm，且該第一部分之含量範圍大於0重量單位且小於或等於10重量單位；以及一第二部分，其中該第二部分之粒度範圍從1mm至3mm，且該第二部分之含量範圍大於0重量單位且小於或等於10重量單位；對該堵泥材原料與該鋁矽碳質耐火物進行一混拌處理，而形成一混拌物，其中進行該混拌處理之時間範圍從5分鐘至20分鐘；添加一黏結劑於該混拌物中，其中該黏結劑之添加量範圍從15重量單位至20重量單位；對該混拌物與該黏結劑進行一混煉處理，而形成一堵泥材混煉物，其中該混煉處理之一製程溫度的範圍從40℃至70℃，且該混煉處理之總進行時間不超過40分鐘；以及對該堵泥材混煉物進行一擠出成型步驟，而形成該高 爐堵泥材，其中該擠出成型步驟之一製程溫度低於90℃，且該擠出成型步驟之一製程時間小於10分鐘。
2. 如請求項1所述之高爐堵泥材之製造方法，其中該黏結劑之材料包含煤焦油、蒽油或酚醛樹脂液。
3. 如請求項1所述之高爐堵泥材之製造方法，其中添加該黏結劑之步驟包含：一第一添加步驟，以加入該黏結劑之一部分，其中該黏結劑之該部分之添加量範圍從5重量單位至15重量單位；以及一第二添加步驟，以加入該黏結劑之一剩餘部分。
4. 如請求項3所述之高爐堵泥材之製造方法，其中於該第一添加步驟與該第二添加步驟之間，該混煉處理進行3分鐘至15分鐘，且於該第二添加步驟之後，該混煉處理進行5分鐘至30分鐘。