TWI666192B

TWI666192B - 高爐堵泥材組成物

Info

Publication number: TWI666192B
Application number: TW107127486A
Authority: TW
Inventors: 邵靖衡; 莊棠尊; 翁丁財; 潘建男
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2019-07-21
Also published as: TW202007670A

Abstract

本發明提供一種高爐堵泥材組成物，其包含堵泥材料和黏結劑，其中堵泥材料包含骨粉料以及表面包覆矽有機物及/或鋁有機物並具有特定粒徑的親油性金紅石鈦白粉。上述親油性金紅石鈦白粉可改善高爐堵泥材組成物的塑性經時穩定性、減少黏結劑的使用量、降低碳磚溫度，以及提高堵泥材的燒結強度、抗渣銑侵蝕性以及出鐵實績。

Description

高爐堵泥材組成物

本發明是有關於一種高爐堵泥材組成物，且特別是有關於一種添加表面有矽有機物和鋁有機物包覆並具有特定粒徑的親油性金紅石鈦白粉的高爐堵泥材組成物。藉此可增加高爐堵泥材組成物之塑性經時穩定性、減少黏結劑之用量，並改善高爐堵泥材組成物的強度、抗渣銑侵蝕性以及出鐵實績。

目前常使用之高爐堵泥材中，常藉由添加二氧化鈦粉末(後簡稱鈦白粉)於其中，使得鈦白粉於高爐爐渣/銑水(即後稱之渣銑)中可被碳化而形成碳氮化鈦微粒。所述碳氮化鈦微粒已知可提高渣銑的黏度，使渣銑不易滲入堵泥材中，可減緩爐床碳磚的侵蝕，從而可保護出鐵口內部堵泥材週遭的碳磚。再者，添加鈦白粉亦有助於提高堵泥材的燒結強度。因此，在高爐堵泥材中添加鈦白粉，具有保護碳磚的功能，並提高堵泥材強度等優點。

一般而言，基於經濟成本之考量，常使用的鈦白粉為價格較低廉的銳鈦礦型鈦白粉或鈦精礦。然而，上述常使用的鈦白粉之親水性強，因此不易與高爐堵泥材組成物中的黏結劑均勻混練，因而限制鈦白粉的添加量。倘若為了顧全高爐堵泥材組成物之強度以及抗渣銑侵蝕性，增加鈦白粉的添加量，為確保高爐堵泥材組成物的性質穩定，則需提高黏結劑的使用量。然而，大量的黏結劑反而會降低高爐堵泥材組成物的強度。

再者，銳鈦礦型鈦白粉或鈦精礦具有光學觸媒活性，因此在長時間保存高爐堵泥材組成物時，常有經時穩定性不佳，使用時塑性變差的問題產生。上述經時穩定性不佳的問題，亦限制鈦白粉的添加量。

目前有一種高爐堵泥材組成物，其主要是由5重量百分比(wt.%)至10wt.%的鈦精礦、20wt.%至35wt.%的高鋁含鈦物、5wt.%至10wt.%的碳化矽、25wt.%至35wt.%的黏土、18wt.%至20wt.%的焦粉以及8wt.%至12wt.%的瀝青所組成，並以焦油、蔥油以及水之混合物作為黏結劑。然而，由於高爐堵泥材組成物中包含鈦精礦，為使其與黏結劑可均勻混練‧則必須添加大量的固態潤滑劑(例如：黏土或焦粉)，不但限制鈦精礦的添加量，更使高爐堵泥材組成物的強度劣化。

尚有另一種高爐堵泥材組成物，其包含75wt.%至85wt.%的鈦精礦或金紅石、2wt.%至5wt.%的黏土、1wt.%至3wt.%的雲母、10wt.%至15wt.%的焦油以及2wt.%至5wt.%的瀝青。然而，上述高爐堵泥材組成物所使用之鈦精礦或金紅石的親油性差，於混練時不易均勻分散，故此種高爐堵泥材組成物的品質不佳。

因此，目前亟需提出一種高爐堵泥材組成物，其可兼具均勻的分散性、良好的塑性經時穩定性，並可減少高爐堵泥材組成物中黏結劑的使用量，進而可改善高爐堵泥材組成物的燒結強度、抗渣銑侵蝕性以及出鐵實績。

因此，本發明之一態樣是在提供一種高爐堵泥材組成物，其包含表面包覆矽有機物及/或鋁有機物並具有特定粒徑的親油性金紅石鈦白粉。

根據本發明之上述態樣，提出一種高爐堵泥材組成物，其可包含堵泥材料和黏結劑，其中堵泥材料可包含骨粉料以及親油性金紅石鈦白粉。親油性金紅石鈦白粉之表面可包覆有矽有機物及/或鋁有機物，且親油性金紅石鈦白粉之粒徑可為不大於45μm。基於堵泥材料之使用量為100重量份，骨粉料之使用量為10重量份至99.5重量份，以及金紅石鈦白粉之使用量為0.5重量份至90重量份。

依據本發明之一實施例，黏結劑可包含瀝青、煤焦油、蔥油或上述之組合。

依據本發明之一實施例，基於堵泥材料之使用量為100重量份，黏結劑之使用量為9重量份至12重量份。

依據本發明之一實施例，每100克之親油性金紅石鈦白粉的吸油量可為不大於25克。

依據本發明之一實施例，親油性金紅石鈦白粉之二氧化鈦純度可為不小於90%。

依據本發明之一實施例，親油性金紅石鈦白粉之金紅石相含量可為不小於90%。

依據本發明之一實施例，高爐堵泥材組成物於室溫下保存90天以內之擠出力值不大於900MPa。

依據本發明之一實施例，高爐堵泥材組成物於400℃下燒結後，具有大於35Mpa之壓碎強度。

依據本發明之一實施例，高爐堵泥材組成物於1200℃下燒結後，具有大於120Mpa之壓碎強度。

應用本發明之高爐堵泥材組成物，藉由添加表面包覆矽有機物和鋁有機物且具有特定粒徑的親油性金紅石鈦白粉，有助於改善高爐堵泥材組成物的塑性經時穩定性，也可減少黏結劑的使用量、降低碳磚溫度，並可提高堵泥材的燒結強度、抗渣銑侵蝕性以及出鐵實績。

100‧‧‧裝置

110‧‧‧梯形磚

110A、110B‧‧‧梯形磚之剖面

120‧‧‧圓桶

130‧‧‧容置空間

A-A’‧‧‧剖線

D‧‧‧高度縮減量

210、220、230、240、250‧‧‧折線

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：[圖1A]係繪示渣銑侵蝕指數的測試方法所使用之裝置的上視圖；[圖1B]係繪示渣銑侵蝕指數的測試方法中，梯形磚之立體圖以及其進行渣銑侵蝕指數的測試前後之沿剖線A-A’的剖面圖； [圖2A]係繪示本發明之實施例1以及比較例1至2之擠出力值的經時變化；以及[圖2B]係繪示本發明之實施例2至3以及比較例1之擠出力值經時變化。

本發明之目的在於提供一種高爐堵泥材組成物，其主要係利用表面包覆有矽有機物及/或鋁有機物並具有特定粒徑的親油性金紅石鈦白粉，取代習知表面未包覆矽有機物及/或鋁有機物的鈦白粉，而可改善高爐堵泥材組成物的塑性經時穩定性。此外，上述高爐堵泥材組成物更有減少黏結劑的使用量、降低碳磚溫度、提高堵泥材的燒結強度、抗渣銑侵蝕性以及出鐵實績等優點。以下具體說明本發明之高爐堵泥材組成物。

進一步而言，親油性金紅石鈦白粉充分附著於骨粉料的表面、填補具有多孔性質的骨粉料表面的孔隙，可改善骨粉料之間的潤滑性，利於骨粉料以及親油性金紅石鈦白粉於黏結劑中的分散性，因此可在較少黏結劑的情況下，仍保有塑性經時穩定性。

本發明此處所稱之親油性係指，相對於表面未包覆矽有機物及/或鋁有機物的鈦白粉，本發明所使用之表面包覆有矽有機物及/或鋁有機物的親油性金紅石鈦白粉較親油。

本發明此處所稱之塑性經時穩定性係指在未將高爐堵泥材組成物用作高爐堵泥材前，長時間保存之穩定性。具體而言，經時穩定性可依照高爐堵泥材組成物之硬化程度評價。

本發明此處所稱之燒結強度係指高爐堵泥材組成物分別經400℃以及1200℃之溫度燒結達3小時後，其分別具有的壓碎強度。一般而言，燒結溫度為400℃時，壓碎強度可為大於35Mpa。燒結溫度為1200℃時，壓碎強度可為大於120Mpa。

本發明此處所稱之出鐵實績係根據將本發明之高爐堵泥材組成物應用於高爐堵泥材時，所對應的出鐵時間、出鐵深度以及出鐵內裂率等三者進行評價，詳細請參後述評價方式。

特別說明的是，本發明後述所稱之室溫為10℃至50℃。

高爐堵泥材組成物

在一實施例中，本發明之高爐堵泥材組成物包含堵泥材料和黏結劑。上述堵泥材料包含骨粉料以及親油性金紅石鈦白粉。

在一實施例中，任何已知並應用於高爐堵泥材組成物之黏結劑皆可用於本發明中。具體而言，所述黏結劑可包含瀝青、煤焦油、蔥油或上述之組合。

在一實施例中，骨粉料可包括剛玉礦物、純度不低於96.5%的碳化矽粉、焦碳、高嶺土、氮化矽粉、矽粉、氧化鋁粉、土狀黑鉛、碳黑等原料或上述之組合。在一例子中，上述剛玉礦物包含棕剛玉、白剛玉、亞白剛玉、板狀剛玉，或上述剛玉礦物的組合。

在一實施例中，親油性金紅石鈦白粉之粒徑不大於45μm。在一實施例中，親油性金紅石鈦白粉之表面包覆矽有機物及/或鋁有機物。

在一實施例中，每100克之所述親油性金紅石鈦白粉的吸油量不大於25克。在一例子中，所述親油性金紅石鈦白粉之二氧化鈦純度不小於90%。在又一例子中，金紅石相含量不小於90%。

在一例子中，上述矽有機物可例如為矽烷化合物、矽氧烷化合物或其組合。具體而言，所述矽有機物可為二甲基二氯矽甲烷、三甲氧基辛基矽烷、六甲基二矽氮烷、八甲基環四矽氧烷、聚二甲基矽氧烷、乙氧基矽烷系列成分、四甲基四乙烯基環四聚矽氧烷系列成分或上述材料之組合。

在一例子中，上述鋁有機物可例如為烷基鋁酸酯。具體而言，烷基鋁酸酯可例如為異丙基二硬脂醯氧基鋁酸酯、二異丁基-乙醯乙醯基鋁酸酯或上述之組合。

在一具體例子中，親油性金紅石鈦白粉可例如使用日本石原產業公司生產之產品型號為R930、CR-50、CR-50-2、CR-57、CR-58、CR-58-2、CR-Super70、CR-80、CR-85、CR-90、CR-90-2、CR-93、PF-690、PF-691、PF-711、PF-739、PF-740、PC-3或S-305，中國中核華原鈦白股份有限公司生產之產品型號為R-215、R-216、R-217或R-219等產品。需說明的是，只要為具有矽有機物及/或鋁有機物表面處理且粒徑不大於45微米者，皆可做為本發明的親油性金紅石鈦白粉來使用，本發明並不限於上述所舉的例子。

在一實施例中，基於堵泥材料之使用量為100重量份，骨粉料之使用量為10重量份至99.5重量份，以及親油性金紅石鈦白粉之使用量為0.5重量份至90重量份。

在一實施例中，基於堵泥材料之使用量為100重量份，黏結劑之使用量為9重量份至12重量份。

一般而言，表面未包覆親油性分子之鈦白粉通常為親水性，故與前述黏結劑的親和性不佳，而無法有效降低黏結劑的使用量。藉由於表面包覆矽有機物及/或鋁有機物等，可改善鈦白粉本身的親水性質，增加其親油性，從而可增加骨粉料的分散性。再者，前述特定的粒徑可使親油性金紅石太白粉填補多孔性骨粉料表面的孔隙，以減少骨粉料對黏結劑的吸附。根據上述二點，本發明可有效降低高爐堵泥材組成物中黏結劑的使用量。此外，相較於具有光敏性質的銳鈦礦型鈦白粉，金紅石鈦白粉的光學觸媒活性較低，故可減緩鈦白粉與前述黏結劑之交互反應，藉以增加高爐堵泥材的經時穩定性。

倘若親油性金紅石鈦白粉之二氧化鈦純度低於90%，所含雜質(如氧化矽、氧化鋁以及氧化亞鐵等)會形成低熔相，降低高爐堵泥材組成物之抗渣銑侵蝕性。倘若親油性金紅石鈦白粉的金紅石相含量小於90%，會有高爐堵泥材組成物之經時穩定性不佳的問題。倘若高爐堵泥材組成物中不含親油性金紅石鈦白粉或使用粒徑過大的親油性金紅石鈦白粉，則高爐堵泥材組成物無法兼具良好的壓碎強度以及抗渣銑侵蝕性，且黏結劑的使用量較高。

高爐堵泥材組成物的製造方法

本發明之高爐堵泥材組成物主要係將包含上述之親油性金紅石鈦白粉與骨粉料的堵泥材料，以高速攪拌機於約200rpm至500rpm之轉速下，快速攪拌約1分鐘至5分鐘。接著，加入黏結劑，並於混練機中以60℃至65℃混練20分鐘至30分鐘，即可製得本發明之高爐堵泥材組成物。

以下利用數個實施例與比較例具體說明本發明之高爐堵泥材的功效。

實施例1

將10重量份之表面包覆有矽有機物及鋁有機物之親油性金紅石鈦白粉(中核華原鈦白股份有限公司製之產品型號為R-215的產品，其粒徑為25μm)與90重量份之骨粉料(包括剛玉礦物、純度不低於96.5%的碳化矽粉、焦碳、高嶺土、氮化矽粉、矽粉、氧化鋁粉、土狀黑鉛，及碳黑)，在高速攪拌機中，以200rpm快速攪拌約1分鐘後，將上述混合物加入15重量份之煤焦油中，其中上述親油性金紅石鈦白粉之二氧化鈦含量為90%以上，金紅石相含量為 90%以上，吸油量為21克/100克以下，且其密度為3.9g/cm³。接著，利用混練機於60℃至65℃下進行混練達20分鐘至30分鐘，即可製得本發明實施例1之高爐堵泥材組成物。

實施例2至3以及比較例1至2

實施例2至3以及比較例1至2係使用與實施例1相同之方法進行，不同的是，其係改變高爐堵泥材組成物之成分的使用量，關於實施例2至3以及比較例1至2之製程條件悉如表1所示，此處不另贅述。特別說明的是，比較例2所使用之鈦白粉的表面未包覆矽有機物或鋁有機物，屬於親水性鈦白粉。

評價方式 1.壓碎強度

本發明之壓碎強度係分別於400℃和1200℃下進行燒結達3小時後，以市售測量儀器或習知的測量方式進行而得到。一般而言，燒結溫度為400℃時，壓碎強度以大於35MPa為佳。此外，燒結溫度為1200℃時，壓碎強度則以大於120MPa為佳。本發明之實施例1至3以及比較例1至2之壓碎強度的結果如表1所示。

2.渣銑侵蝕指數

圖1A係繪示本發明之渣銑侵蝕指數的測量方式所使用之裝置100的上視圖。如圖1A所示，將本發明之高爐堵泥材組成物製成梯形磚110，並環繞圓桶120之桶壁放置，以形成位於圓桶120中心的容置空間130。接下來，將1500℃之爐渣(未繪示)倒入容置空間130中，並旋轉上述圓桶120達30分鐘。重複上述步驟達6回後，將上述的梯形磚110取出，如圖1B所示，其係繪示梯形磚110之立體圖以及其進行渣銑侵蝕指數的測試前後之沿剖線A-A’的剖面圖。量測梯形磚110沿剖線A-A’之截面的高度縮減量D，其係由未進行測試前之梯形磚110A的高度與測試後之梯形磚110B的高度相減而得。

接下來，以比較例1之高爐堵泥材組成物(即未添加親油性金紅石鈦白粉的例子)之高度縮減量D₀為分母，計算其他實施例或比較例與比較例1之高度縮減量的比值，其具體計算方式如下式(I)所示：渣銑侵蝕指數=D_x/D₀×100 (I)

其中，D_x為相對應之實施例或比較例之高度縮減量，而D₀代表比較例1之高度縮減量。一般而言，渣銑侵蝕指數越小代表抗渣銑侵蝕性越佳。本發明之實施例1至3以及比較例1至2之渣銑侵蝕指數的結果如表1所示。

3.擠出力值之經時變化

本發明之擠出力值的經時變化係將實施例1至4以及比較例1至2之高爐堵泥材組成物，於室溫下放置0天、7天、30天與90天，再以擠出成型機擠出塊狀高爐堵泥材組成物，並紀錄其所需的擠出力而得。擠出力值越小代表高爐堵泥材組成物之塑性越佳，也就是高爐堵泥材組成物的經時穩定性越佳。本發明之實施例1至3以及比較例1至2的擠出力值之經時變化如圖2A及圖2B所示。

4.出鐵實績

本發明此處所稱之出鐵實績可分為出鐵時間、出鐵深度以及出鐵內裂率進行評價。其中，出鐵時間越長、出鐵深度之數值越大以及出鐵內裂率越小，代表高爐堵泥材組成物所形成之高爐堵泥材的強度越佳。以本發明所使用之高爐(已使用5至7年)而言，出鐵時間較佳為大於100分鐘、出鐵深度較佳為大於310公分至360公分，且出鐵內裂率較佳為小於8%。本發明之實施例1和比較例1之出鐵實績悉如表1所示。

如表1之實施例1所示，當本發明之高爐堵泥材組成物中包含表面包覆矽有機物及鋁有機物並具有特定粒徑之親油性金紅石鈦白粉時，其經燒結後的壓碎強度可被大幅提升，且其渣銑侵蝕指數低。再者，根據圖2A之實施例1(折線210)也可得知，利用表面包覆矽有機物及鋁有機物並具有特定粒徑之親油性金紅石鈦白粉，可減少黏結劑的使用量，並可在經過室溫保存90天以內，具有不大於900MPa的擠出力值，因此本發明之高爐堵泥材組成物具有良好的塑性經時穩定性。

本發明之實施例2至3進一步提高親油性金紅石鈦白粉的使用量，因而可降低黏結劑的使用量，但具有更佳的塑性經時穩定性(如圖2B之折線240(實施例2)和折線250(實施例3)所示)。此外，實施例2至3之高爐堵泥材組成物之燒結後的壓碎強度仍可維持在預定的範圍內。

再者，如同表1之實施例1所示，將包含親油性金紅石鈦白粉的高爐堵泥材組成物，應用於高爐堵泥材時，其在出鐵時可達到158分鐘的出鐵時間、314公分的出鐵深度以及0%的內裂率，代表本發明之高爐堵泥材組成物有效提升堵泥材的強度、對碳磚的保護力以及出鐵實績。

另一方面，根據本發明之比較例1可知，倘若高爐堵泥材組成物中不含親油性金紅石鈦白粉，雖然可具有適當的塑性經時穩定性(如圖2A和圖2B之折線220所示)，然而其燒結後的壓碎強度較差，且抗渣銑侵蝕性不佳。此外，如表1所示，比較例1的出鐵時間僅140分鐘、出鐵深度僅 307公分，且內裂率為8%，其出鐵實績較差。

再者，如比較例2所示，若使用一般親水性之鈦白粉於高爐堵泥材組成物中，其需要較多的黏結劑幫助均勻分散，因而降低高爐堵泥材組成物燒結後的強度。再者，如圖2A所示，折線230之比較例2在室溫下保存90天以內，擠出力值達到約1200MPa，因此即使添加較多的黏結劑，也無法有效改善比較例2之塑性經時穩定性。

應用本發明之高爐堵泥材組成物，其主要係利用表面包覆矽有機物及/或鋁有機物並具有特定粒徑之親油性金紅石鈦白粉來取代習知親水性鈦白粉，改善骨粉料之間的潤滑性、填補骨粉料表面的孔隙，可減少高爐堵泥材組成物中黏結劑的使用量，並兼具塑性經時穩定性。此外，本發明之高爐堵泥材組成物具有降低碳磚溫度、提高堵泥材的燒結強度、抗渣銑侵蝕性以及出鐵實績等優點。

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，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

一種高爐堵泥材組成物，包含一堵泥材料及一黏結劑，其中該堵泥材料包含：一骨粉料；以及一親油性金紅石鈦白粉，其中該親油性金紅石鈦白粉之一表面係包覆有矽有機物，且該親油性金紅石鈦白粉具有不大於45μm的一粒徑，且其中基於該堵泥材料之一使用量為100重量份，該骨粉料之一使用量為10重量份至99.5重量份，該親油性金紅石鈦白粉之使用量為0.5重量份至90重量份，以及該黏結劑之一使用量為9重量份至12重量份。
如申請專利範圍第1項所述之高爐堵泥材組成物，其中該黏結劑包含瀝青、煤焦油、蔥油或上述之組合。
如申請專利範圍第1項所述之高爐堵泥材組成物，其中每100克之該親油性金紅石鈦白粉的一吸油量不大於25克。
如申請專利範圍第1項所述之高爐堵泥材組成物，其中該親油性金紅石鈦白粉之二氧化鈦純度不小於90%。
如申請專利範圍第1項所述之高爐堵泥材組成物，其於室溫下保存90天以內之一擠出力值不大於900MPa。
如申請專利範圍第1項所述之高爐堵泥材組成物，其於400℃下燒結後，具有大於35Mpa之一壓碎強度。
如申請專利範圍第1項所述之高爐堵泥材組成物，其於1200℃下燒結後，具有大於120Mpa之一壓碎強度。