TWI550091B - 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堵泥材組成物，且特別是有關於一種高爐堵泥材組成物。

習知高爐堵泥材組成物包含堵泥基材、鈦精礦以及有機黏結劑。鈦精礦可與高爐中的爐渣或銑水(後稱渣銑)形成碳氮化鈦，可減緩渣銑對高爐的爐床或碳磚侵蝕，因此鈦精礦粉末具有保護高爐並延長高爐壽命之效果。

然而，鈦精礦之間的潤滑性差，一般有二種方式來改善此缺點。第一種方式是在鈦精礦中加入黏土、腊石粉、娟雲母粉、滑石粉、焦粉、石墨、鋁矽質粉、碳質粉等固態潤滑粉料來改質鈦精礦粉末。例如，在中華人民共合國發明專利(公開號：CN1188752)中，公開一種高爐炮泥，其包含5%至10%的鈦精礦，20%至35%之高鋁含鈦物，5%至10%之碳化矽，25%至35%之黏土，18%至20%之焦粉以及8%至12%的瀝青，其中高爐炮泥的結合劑為焦油或蔥油和水組成的複合結合劑。然而，此種高爐炮泥需添加大量黏土以及焦粉等固態潤滑劑，導致出鐵實績(如出鐵時間及出鐵深度)下降，並限制鈦精礦的添加量在5%至10%。第二種方式是提高有機黏結劑的含量。

但是，利用上述二種方式改善鈦精礦之間的潤滑性差的缺點時，一方面會造成習知高爐堵泥材組成物抗渣銑能力的下降。另一方面，當高爐堵泥材組成物的儲存經過一段時間(後稱經時變化)，擠出力值會大幅提升而導致高爐堵泥材組成物不易使用，因此高爐堵泥材組成物的儲存時間不長。又一方面，在習知高爐堵泥材組成物中，鈦精礦在堵泥基材之含量最高僅能達到15wt%。若是鈦精礦超過15wt%時，習知高爐堵泥材組成物的抗渣銑能力下降，故無法因應使用需求。

另外，在中華民國發明專利(公告號：I339666)中，公開一種熱可塑性樹脂組成物之製造方法，其可在熔體混煉聚烯烴蠟以及熱可塑性樹脂中加入包含硬脂酸鹽類的金屬皂等添加劑。然而，此種熱可塑性樹脂組成物之製造方法並非用在與高爐堵泥材組成物的製造方法上。

此外，在中華民國發明專利(公告號：I340053)中，公開在粉末冶金用途的鐵-銅複合粉末中加入硬脂酸作為成型劑。然而，在此發明專利中，主要是製造固態成品，而並非用在製造高爐堵泥材組成物的半固態可塑性成品。

有鑑於此，亟需提供一種高爐堵泥材組成物，以兼顧鈦精礦的潤滑性、有機黏結劑的使用量、以及高爐堵泥材組成物之抗渣銑能力及經時變化擠出力值。

因此，本發明之一目的在於提供一種高爐堵泥材組成物，其可維持或增加高爐堵泥材組成物的抗渣銑能力。

本發明之另一目的在於提供一種高爐堵泥材組成物，其可減少有機黏結劑的使用量。

本發明之又一目的在於提供一種高爐堵泥材組成物，其可減緩高爐堵泥材組成物的擠出力值的經時變化的上升幅度。

根據本發明之上述目的，提出一種高爐堵泥材組成物，其包含改質堵泥基材以及有機黏結劑。其中以改質堵泥基材為100重量份計，有機黏結劑為14.5重量份至17.5重量份。改質堵泥基材包含堵泥基材以及改質鈦精礦。在改質堵泥基材包含70wt%至95wt%之堵泥基材，以及5wt%至30wt%之改質鈦精礦。改質鈦精礦包含85wt%至99.5wt%之鈦精礦；以及0.5wt%至_15_wt%之硬脂酸或硬脂酸鹽類。

依據本發明一實施例，上述堵泥基材包含氧化物或碳化物。

依據本發明一實施例，上述氧化物包含氧化鋁、氧化矽、鋁-矽氧化混合礦物或氧化鎂鋁尖晶石礦物。

依據本發明一實施例，上述碳化物包含碳黑、石墨、碳化矽或碳氮化矽。

依據本發明一實施例，上述改質鈦精礦包含1wt%至5wt%之硬脂酸或硬脂酸鹽類，以及95wt%至99wt%之鈦精礦。

依據本發明一實施例，上述鈦精礦包含40wt%至90wt%之二氧化鈦，0.1wt%至30wt%之二氧化矽，5wt%至50wt%之氧化鐵及氧化亞鐵，0.5wt%至10wt%之三氧化二 鋁，0.1wt%至5wt%之氧化鎂以及0.1wt%至8wt%之氧化鈣。

依據本發明一實施例，上述鈦精礦之平均粒徑係大於0mm且小於等於2mm。

依據本發明一實施例，上述硬脂酸鹽類包含硬脂酸鎂、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。

依據本發明一實施例，上述有機黏結劑包含煤焦油、蒽油或酚醛樹脂液。

本發明之高爐堵泥材組成物是在鈦精礦中加入硬脂酸或硬脂酸鹽類，藉以形成具有改質鈦精礦的高爐堵泥材組成物。除了可以改善鈦精礦的潤滑性不足的缺點外，還可降低有機黏結劑的使用量，並且高爐堵泥材組成物具有符合標準的抗渣銑能力以及經時變化擠出力值。

100‧‧‧圓環

110‧‧‧圓錐體

200‧‧‧圓筒裝置

210‧‧‧開口

220‧‧‧筒壁

220a‧‧‧厚度

230‧‧‧鋼爐渣

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圖係繪示一種流動性指標之實驗裝置的立體圖。

第2圖係繪示一種抗渣銑侵蝕指數之實驗裝置的部分剖面圖。

第3A圖係實施例6、比較例2及比較例3進行經時變化擠出力值測試之測試結果圖。

第3B圖係實施例7、比較例4及比較例5進行經時變化擠出力值測試之測試結果圖。

以下配合本發明之實施例詳細說明本發明之技術內容、組成特徵、所達成目的及功效。

本發明之一種高爐堵泥材組成物包含改質堵泥基材以及有機黏結劑。改質堵泥基材包含堵泥基材以及改質鈦精礦。在改質堵泥基材中，堵泥基材為70wt%至95wt%，且改質鈦精礦為5wt%至30wt%。其中，相較習知技術中的高爐堵泥材組成物的改質鈦精礦的含量僅最高達15wt%，本發明之高爐堵泥材組成物的改質鈦精礦的含量可達至30wt%，並且還可維持或提升高爐堵泥材組成物的抗渣銑能力。要提到的是，本發明之高爐堵泥材組成物之改質堵泥基材中，鈦精礦在堵泥基材之含量最高能達到30wt%，因此擴大了使用方式來因應各種不同的使用需求。

在一例子中，堵泥基材包含氧化物或碳化物。在一示範例子中，氧化物包含氧化鋁、氧化矽、鋁-矽氧化混合礦物或氧化鎂鋁尖晶石礦物。此外，碳化物可包含碳黑、石墨、碳化矽或碳氮化矽。

在一些實施例中，改質鈦精礦包含85wt%至99.5wt%之鈦精礦以及0.5wt%至15wt%之硬脂酸或硬脂酸鹽類。在一例子中，改質鈦精礦包含1wt%至5wt%之硬脂酸或硬脂酸鹽類以及95wt%至99wt%之鈦精礦。

在一例子中，鈦精礦包含40wt%至90wt%之二氧化鈦、0.1wt%至30wt%之二氧化矽、5wt%至50wt%之氧化鐵及氧化亞鐵、0.5wt%至10wt%之三氧化二鋁、0.1wt%至5wt%之氧化鎂以及0.1wt%至8wt%之氧化鈣。此外，鈦精 礦之平均粒徑可大於0mm且小於等於2mm。而且，鈦精礦的體密度可為750kg/m³至950kg/m³。

硬脂酸或硬脂酸鹽類是一種有機物，其主要包含飽和脂肪酸。在一例子中，硬脂酸或硬脂酸鹽類係粉末狀，例如硬脂酸或硬脂酸鹽類的平均粒徑約略在小於等於0.074mm。在另一例子中，硬脂酸鹽類包含硬脂酸鎂、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。硬脂酸或硬脂酸鹽類可改善鈦精礦之間的潤滑性，並且還可減緩高爐堵泥材組成物的擠出力值的經時變化的上升幅度。

在一些高爐堵泥材組成物之實施例中，若改質堵泥基材為100重量份計，有機黏結劑為14.5重量份至17.5重量份。在一例子中，有機黏結劑包含煤焦油、蒽油或酚醛樹脂液。一般而言，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。本發明實施例之高爐堵泥材組成物之硬脂酸或硬脂酸鹽類，可減少有機黏結劑的使用量，因此有助於增加高爐堵泥材組成物對於鋼爐渣侵蝕之抵抗力，還可維持或增加高爐堵泥材組成物的抗渣銑能力，進而增加高爐堵泥材組成物之出鐵時間。

另一方面，雖然鈦精礦本身的油脂溼潤性低。但是，包含硬脂酸或硬脂酸鹽類的改質鈦精礦，具有較佳的 油脂溼潤性，以使改質鈦精礦可與有機黏結劑(如煤焦油)均勻混合。

以下列舉數個實施例及數個比較例，藉此證明本發明實施例之高爐堵泥材組成物除了可以改善鈦精礦的潤滑性不足的缺點外，還可降低有機黏結劑的使用量，並且高爐堵泥材組成物具有符合標準的抗渣銑能力以及經時變化擠出力值。

在實施例1中，首先將99.5wt%的鈦精礦粉末以及0.5wt%的硬脂酸粉末放入高速混拌機中，以約略為500rpm的轉速進行快速混拌約1分鐘，以使硬脂酸粉末附著在鈦精礦粉末的表面，而形成實施例1之改質鈦精礦。

實施例2至實施例7係使用與實施例1相同之儀器與方法製備改質鈦精礦。不同的是，實施例2至實施例7係使用不同比例的鈦精礦粉末及硬脂酸粉末來進行混拌。實施例1~7與比較例1之鈦精礦粉末及硬脂酸粉末比例，及組成物特性如下表一所示，其中比較例1係使用未改質之鈦精礦粉末。如下表一中流動性增加比率之試驗結果顯示，硬脂酸粉末添加佔比0.5~15wt%，可以明顯改善鈦精礦粉末的流動性。

實施例8是量取實施例2的改質鈦精礦粉末共計10公斤，並加入190公斤之堵泥基材中，以形成改質堵泥基材。接著，在200公斤之改質堵泥基材加入29公斤之煤焦油，並且在60℃至65℃的溫度環境下，利用混拌機進行20分鐘至30分鐘的持續攪拌操作，而形成實施例8之高爐堵泥材組成物。實施例8與9及比較例2~5之相關製程參數請參照下表二。

如上表二所列示，實施例9是量取實施例5的改質鈦精礦粉末共計30公斤，並加入70公斤之堵泥基材中，以形成改質堵泥基材。接著，在100公斤之改質堵泥基材加入17.5公斤之煤焦油，並且在60℃至65℃的溫度環境下，利用混拌機進行20分鐘至30分鐘的持續攪拌操作，而形成實施例9之高爐堵泥材組成物。

比較例2係不進行堵泥基材之改質。請參照上表二，製備比較例2之高爐堵泥材組成物時，係在200公斤之堵泥基材中加入30公斤之煤焦油，並且在60℃至65℃的溫度環境下，利用混拌機進行20分鐘至30分鐘的持續攪拌操作，而形成比較例2之高爐堵泥材組成物。

請參照上表二所列示，比較例3係量取比較例1的鈦精礦粉末共計10公斤，並加入190公斤之堵泥基材中。接著，再加入33公斤之煤焦油至鈦精礦粉末及堵泥基材的混合物中，並且在60℃至65℃的溫度環境下，利用混拌機進行20分鐘至30分鐘的持續攪拌操作，而形成比較例3之高爐堵泥材組成物。

請參照上表二，比較例4係不進行堵泥基材之改質。製備比較例4之高爐堵泥材組成物時，係在100公斤之堵泥基材中加入15公斤之煤焦油，並且在60℃至65℃的溫度環境下，利用混拌機進行20分鐘至30分鐘的持續攪拌操作，而形成比較例4之高爐堵泥材組成物。

請參照上表二，比較例5係是量取比較例1的鈦精礦粉末共計30公斤，並加入70公斤之堵泥基材中。接著，再加入19公斤之煤焦油至鈦精礦粉末及堵泥基材的混合物中，並且在60℃至65℃的溫度環境下，利用混拌機進行20分鐘至30分鐘的持續攪拌操作，而形成比較例5之高爐堵泥材組成物。

對實施例1至9與比較例1至5之高爐堵泥材組成物進行多項測試，測試項目如下。對實施例1至7及比較例1之高爐堵泥材組成物進行流動性測試。請參照第1圖，第1圖係繪示一種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各別將實施例1至5之高爐堵泥材組成物緩慢倒入固定直徑之圓環100，直至上述之高爐堵泥材組成物填滿圓環100所環繞之面積並形成圓錐體110，再 將圓環100移開，讓構成圓錐體110之高爐堵泥材組成物自由散開，並量測散開後之上述之高爐堵泥材組成物的平均直徑。

以比較例1之未改質之鈦精礦粉末散開後之平均直徑120為基準，並將比較例1之流動性指標訂定為100，實施例1至7之測量結果如上表一所示。

此外，對實施例8與9、及比較例2至5之高爐堵泥材組成物進行燒結物性測試。將實施例8與9、及比較例2至5之高爐堵泥材組成物於400℃及1200℃燒結3小時後，量測其壓碎強度及折斷強度，其結果如上表二所示。

對實施例8與9、及比較例2至5之高爐堵泥材組成物進行抗渣銑侵蝕指數測試。請參照第2圖，第2圖係繪示一種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裝置200進行實驗，其中圓筒裝置200之筒壁220具有厚度220a。首先，將鋼爐渣230由開口210放入圓筒裝置200中，然後以火焰由開口210噴入並轉動圓筒裝置200，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8之筒壁220減少的厚度與比較例2之筒壁220減少的厚度相比較，即為抗渣銑侵蝕指數，其中以比較例2之筒壁220減少的厚度100為基準，進而可量測出實施例8之抗渣銑侵蝕指數，其結果如上表二所示。利用同樣的方式，將比較例3之筒壁220減少的厚度與比較例2之筒壁220減少的厚度相比較，可得出比 較例3之抗渣銑侵蝕指數。另一方面，分別將實施例9與比較例5之筒壁220減少的厚度與比較例4之筒壁220減少的厚度相比較，即為抗渣銑侵蝕指數，其中以比較例4之筒壁220減少的厚度100為基準，進而可量測出實施例9與比較例5之抗渣銑侵蝕指數，其結果如上表二所示。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。

對實施例8與9、及比較例2至5之高爐堵泥材組成物進行經時變化擠出力值測試。將實施例8及比較例3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，其結果如第3A及3B圖所示。第3A圖係實施例8、比較例2及比較例3進行經時變化擠出力值測試之測試結果圖。第3B圖係實施例9、比較例4及比較例5進行經時變化擠出力值測試之測試結果圖。由於高爐出鐵製程係本領域之一已知製程，為本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者所已知，故在此不再贅述。

由上表一觀之，由於實施例1至7皆在鈦精礦粉末中加入硬脂酸粉末，所以實施例1至7之改質鈦精礦粉末的流動性均優於比較例1。由此可知，硬脂酸粉末的添加可改善鈦精礦粉末的潤滑性不足的缺點。

由上表二觀之，在進行高溫(1200℃)燒結時，實施例8之高爐堵泥材組成物不僅由於鈦精礦粉末具有較高的壓碎強度及折斷強度，還因為硬脂酸粉末對鈦精礦粉末進行改質，而具有維持或增加抗渣銑能力、以及增加壓碎強 度及增加折斷強度的效果。另一方面，由於加入了硬脂酸粉末，實施例8之高爐堵泥材組成物所加入的有機黏結劑(煤焦油)的含量低於比較例2及3，藉以產生了增加抗渣銑能力、與壓碎強度及折斷強度的效果。另外，如第3A圖所示，實施例8之高爐堵泥材組成物透過加入硬脂酸粉末來增加鈦精礦粉末時，還可減緩由於鈦精礦粉末導致高爐堵泥材組成物的擠出力值的經時變化的上升幅度，所以可增加高爐堵泥材組成物的儲存時間。

另一方面，類似的情況亦發生在實施例9、比較例4及5，故類似的部分不再贅述。但值得一提的是，將比較例4與5比對，其中比較例5加入30kg鈦精礦粉末至70kg堵泥基材後，雖然壓碎強度及折斷強度皆由於鈦精礦粉末的關係上升而高於比較例4，但是比較例5的抗渣銑能力卻下降。由此可見，比較例5證明習知高爐堵泥材組成物的鈦精礦含量超過15wt%時，會產生抗渣銑能力下降的缺點。另外，再將比較例5與實施例9比對，由於實施例9加入硬脂酸粉末來改質鈦精礦粉末，所以可改善抗渣銑能力下降的缺點。

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，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，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。

Claims (9)

1. 一種高爐堵泥材組成物，包含：一改質堵泥基材，包含：一堵泥基材；以及一改質鈦精礦，其中在該改質堵泥基材中，該堵泥基材為70wt%至95wt%，該改質鈦精礦為5wt%至30wt%，該改質鈦精礦包含：85wt%至99.5wt%之一鈦精礦；以及0.5wt%至15wt%之一硬脂酸或一硬脂酸鹽類；以及一有機黏結劑，其中以該改質堵泥基材為100重量份計，該有機黏結劑為14.5重量份至17.5重量份。
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。
4. 如請求項2所述之高爐堵泥材組成物，其中該碳化物包含碳黑、石墨、碳化矽或碳氮化矽。
5. 如請求項1所述之高爐堵泥材組成物，其中該改質 鈦精礦包含：1wt%至5wt%之該硬脂酸或該硬脂酸鹽類；以及95wt%至99wt%之該鈦精礦。
6. 如請求項1所述之高爐堵泥材組成物，其中該鈦精礦包含：40wt%至90wt%之二氧化鈦；0.1wt%至30wt%之二氧化矽；5wt%至50wt%之氧化鐵及氧化亞鐵；0.5wt%至10wt%之三氧化二鋁；0.1wt%至5wt%之氧化鎂；以及0.1wt%至8wt%之氧化鈣。
7. 如請求項1所述之高爐堵泥材組成物，其中該鈦精礦之平均粒徑係大於0mm且小於等於2mm。
8. 如請求項1所述之高爐堵泥材組成物，其中該硬脂酸鹽類包含硬脂酸鎂、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。
9. 如請求項1所述之高爐堵泥材組成物，其中該有機黏結劑包含煤焦油、蒽油或酚醛樹脂液。