高炉用环保无水炮泥的研制开发

李兴

摘要：文章对现代大高炉环保无水炮泥用原材料、对其性能的影响以及重钢2500m3高炉环保无水炮泥的研发、生产和使用情况进行了探讨。目前，重钢集团矿业公司冶金材料厂环保无水炮泥技术性能达到国内同类产品先进水平。

关键词：环保无水炮泥；损毁机理；性能要求；原材料；影响因素；高炉 文献标识码：A

中图分类号：TQ175 文章编号：1009-2374（2016）19-0025-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.012

随着重钢的环保搬迁，高炉由原来的最大1350m3增至2500m3，新区高炉朝大型化、高效长寿和环保方向发展，并采用高风温、高顶压、富氧等强化冶炼技术，使高炉工作条件日益苛刻，对高炉铁口炮泥质量要求越来越高，老区高炉用的有水炮泥已无法满足新区高炉的使用要求。本文介绍了重钢新区2500m3高炉用环保无水炮泥的研发过程，现该产品已成功用于重钢新区1#、2#、3#三座2500m3高炉，取得了满意的使用效果。

1 炮泥损毁机理及性能

高炉炮泥用于堵塞高炉出铁口，高炉不出铁渣溶液时，炮泥填充在铁口内，使铁口维持一定的深度，高炉出铁时，铁口内的炮泥中心被钻出孔道，铁渣溶液通过孔道排出炉外，在此期间要求出铁口孔径稳定、出铁均匀、出铁时间长。因每天高炉出铁口要反复多次打开和堵塞，所以既要求出铁口炮泥易烧结（易堵口）、易开口，又要求其耐冲刷、抗侵蚀。炮泥受熔渣化学侵蚀主要是由于熔渣中的SiO2、CaO、MgO、FeO等高温下与炮泥发生化学反应生成铁橄榄石2FeO、SiO及铁堇青石2FeO、Ai2O3、SiO2等低熔物，出铁过程中变成渣液流失。高炉炮泥若质量不好，则会出现潮铁口、断铁口、开口难、铁口浅、工况恶化等现象，影响高炉正常生产。因此，现代新型大高炉用环保无水炮泥应具有以下性能：

1.1 抗侵蚀性

炮泥因承受高温铁渣溶液的长时间冲刷，应具有较高的耐火度、较好的抗渣铁机械冲刷和化学侵蚀性能。

1.2 可塑性好

良好的可塑性便于炮泥机顺利地将炮泥压入铁口，充填饱满，以确保正常的铁口深度，使高炉生产顺利。

1.3 烧结性好

炮泥具有好的烧结性能，才能快速烧结并形成足够的强度。

1.4 稳定性好

高炉炮泥要求在烧结过程中体积收缩小，避免出现渗铁和漏铁。

1.5 开口性好

高炉出铁口需反复钻孔打开和堵塞，炮泥烧结后应具有适中的强度，既满足抗冲刷的要求，又要便于钻孔打开。

1.6 环保无害化

新型高炉要求工人作业环境良好，炮泥使用过程中不产生有毒有害物质，环保健康。

2 原料及结合剂选择

小高炉所用的传统有水炮泥大多以焦粉、黏土、高铝矾土、蒽油为主要原料，因其密度低、抗冲刷性能差，使用时产生大量有害烟气而难以满足大高炉的使用要求。新型环保无水炮泥由于采用了刚玉、碳化硅、氮化硅铁等耐高温抗侵蚀原材料，添加微粉促进烧结，使用环保结合剂等技术，使得炮泥的作业性能大大改善，通铁时间延长，吨铁炮泥单耗降低，节能环保。

2.1 刚玉及高铝矾土

刚玉及高铝矾土骨料体积密度大、熔点高、化学性能稳定，在炮泥中起骨架增加强度作用，炮泥强度高，耐冲刷。

2.2 焦炭

焦炭具有良好的导热性及透气性，能使炮泥快干易烧结，同时能使铁口保持还原气氛，保护碳化硅及其他碳素材料。

2.3 碳化硅及氮化硅铁

该类材料具有导热率高、耐磨性好、热膨胀系数小、热震稳定性好、高温强度高等优点。两种或几种原料组合使用能改善炮泥的高温抗侵蚀性和抗冲刷性能，使铁口深度相对稳定，延长炉缸寿命。

2.4 沥青

沥青在打泥过程中受热熔化增加炮泥的可塑性及黏结强度，烧结过程中缩聚焦化形成网格结构，提高炮泥的高温强度。

2.5 绢云母及软质黏土

绢云母及软质黏土的加入可改善炮泥的可塑性和烧结性能，促进炮泥快速形成陶瓷烧结，增加其强度。

2.6 兰晶石

兰晶石在烧结过程中产生的体积膨胀能抵消其他材料带来的体积收缩，使炮泥体积稳定。

2.7 结合剂

目前炮泥的结合剂主要为焦油和树脂，焦油结合的炮泥密度和强度稍低，现场作业环境差，树脂结合的炮泥易提前硬化，挤泥和开口难度加大，综合考虑使用焦油和树脂复合结合剂能满足现有高炉的使用要求。

3 影响炮泥性能的因素

3.1 原料的粒度组成

炮泥的粒度组成要求按最紧密堆积原则增加泥料堆积密度，但根据实验，适当增加粗颗粒比例，可降低炮泥的挤泥压力，增强其作业性能，但当粗颗粒超过一定比例，则出现相反情况，目前炮泥普遍采用最大临界粒度为3mm，1～3mm颗粒量控制在30%～35%为宜。

3.2 焦炭的加入量

焦炭在炮泥中以<2mm的粒度加入，使炮泥具有透气性并防止原料过烧便于开口，同时使铁口保持还原气氛，焦炭的加入量对炮泥的影响如图1所示：

由图1可知，随着焦炭量的增加，炮泥的气孔增大，透气性及快干性增加，但体密减小，强度降低，焦炭加入量一般以10%～20%为宜。

3.3 沥青的加入量

炮泥中的沥青以高温球状沥青形式加入最好，沥青的软化点一般控制在140℃左右，适当的加入量会提高炮泥的强度及打泥的可塑性能，沥青的加入量对炮泥的影响如图2所示：

由图2可知，随着沥青量的增加，炮泥的气孔下降，强度增加，但加入量过多，强度会下降，影响炮泥的综合性能，沥青一般以2a%的量加入为宜。

3.4 结合剂的加入量

结合剂的加入使炮泥具有一定的可塑性和强度。结合剂的加入量一方面要根据生产时的出泥马夏值及用户的打泥压力做小范围的调整，但也不能加入过多而影响炮泥的高温强度和抗冲刷性能，结合剂的加入量对炮泥的影响如图3所示：

由图3可知，结合剂加入量的增加，炮泥的可塑性更好，但气孔率增大、体密下降、强度降低，结合剂的加入量一般为15%～16%。

3.5 氮化硅铁的加入量

炮泥中引入氮化硅铁，主要是增强炮泥的高温强度及抗渣侵蚀性，提高炮泥出铁时的抗冲刷性能。氮化硅铁的加入量对炮泥强度的影响如图4所示：

由图4可知，随着氮化硅铁加入量的增加，250℃×24h烘干强度并无明显增加，但1450℃×24h（埋碳）烧后强度及高温抗折强度增加明显，氮化硅铁增加到一定量后，则强度增加缓慢。从炮泥抗冲刷性及成本综合考虑，氮化硅铁的加入量以4a%为宜。

4 炮泥的配方、性能及生产工艺

试验后优选出炮泥的生产配方见表7。

炮泥制成40mm×40mm×160mm条样250℃×24h烘干检测其常温指标，埋碳1450℃×1h烧后检测其抗压强度，炮泥性能指标见表8。

在重钢2500m3高炉试用的其他厂家的炮泥性能指标检测见表9。

我厂生产的重钢2500m3高炉用环保无水炮泥及其他厂家炮泥使用性能对比见表10。

炮泥的生产工艺对炮泥的质量影响较大，生产工艺过程中必须保证原料称量准确，结合剂加入前要预热到最佳温度，碾泥温度适宜（冬天碾泥机需加热），碾泥时间足够但不能过长，出泥温度及压力能使炮泥最大致密化，出泥前应尽快测定炮泥的马夏值并做好记录，马夏值应根据炮泥的打泥压力和不同季节进行调整。重钢2500m3高炉炮泥马夏值（60℃）一般控制在0.3～0.5MPa。

5 结语

（1）现代大型高炉用环保无水炮泥需引入刚玉、碳化硅、氮化硅铁等高性能原料以提高炮泥的高温抗侵蚀性和抗冲刷性能，延长通铁时间，增加通铁量，同时结合剂的选择应考虑环保无害，工人工作环境良好；（2）炮泥原料最大粒径以小于3mm为宜，焦炭加入量为10%～20%，结合剂的加入量为15%～16%，炮泥具有良好的作业性能；（3）研制的环保无水炮泥已在重钢三座2500m3高炉上正常使用，通铁平均时间大于100分钟，单次通铁量500吨左右，性能稳定。

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（责任编辑：黄银芳）