高炉炮泥的性能优化

陆晓锋 刘利华 徐 超 周珩辉

(1.湖南湘钢瑞泰科技有限公司 湖南 湘潭：411101;2.武钢耐火材料有限责任公司 湖北 武汉：430080)

高炉炮泥的性能优化

陆晓锋1刘利华1徐 超2周珩辉1

(1.湖南湘钢瑞泰科技有限公司 湖南 湘潭：411101;2.武钢耐火材料有限责任公司 湖北 武汉：430080)

当高炉出铁口打开后，一次出铁时间越长，越有利于高炉的稳定性，有利于降低炮泥消耗，降低工人劳动强度，减少环境污染。结合炮泥在铁口孔道内的损毁机理，通过改进炮泥用结合剂、碳源、添加剂等，提高炮泥的致密度和高温强度，从而降低炮泥在铁口通道损毁速度，延长出铁时间。结果表明，采用改性焦油-树脂混合油作为结合剂,添加3%炭黑及5%金属硅粉的炮泥，更耐渣铁冲刷，出铁时间更长。

高炉；无水炮泥；出铁时间

1 引言

随着随着高炉向长寿命、强化冶炼和大型化方向发展，作为高炉出铁口使用的耐火材料——炮泥，在材质与质量方面不断地改进和提高，已从单纯的消耗性耐火材料转换为功能性耐火材料。品质优良的炮泥不仅可以稳定出铁，减少炉缸与铁口的磨损，而且可以形成稳定的泥包，有效降低铁口下方区域的侧壁温度，起到保护高炉炉缸的作用。

高炉出铁时间是表征炮泥使用效果的一个非常重要的指标，较长的出铁时间有利于高炉的稳定顺行，降低炮泥消耗，降低炉前工人的劳动强度，改善炉前作业环境，具有较好的经济效益和社会效益。通过分析炮泥的损毁机理可知：炮泥所形成的泥包和铁口通道受渣铁的物理冲刷、化学侵蚀以及内部热应力作用造成泥包产生裂纹和剥落，铁口孔道扩大，从而影响出铁时间。

国内无水炮泥性能较国外先进水平还有一定的差距，国外无水炮泥的生产注重选择优质高纯原料作为炮泥主要使用原料，而且注意采用新型结合剂和外加剂，使得无水炮泥性能稳定，既可长时间出铁，又降低了炮泥消耗。

通过研究炮泥损毁机理以及国内外炮泥发展趋势，选择新型结合剂与外加剂提高炮泥的致密度和高温强度，能有效增强炮泥的抗渣铁冲刷性能，降低铁口通道中炮泥的侵蚀速度，从而延长出铁时间。

2 试验结果及讨论

2.1 不同结合剂对炮泥物理性能的影响

炮泥结合剂常用的焦油、蒽油、树脂等，各有优缺点。焦油是一种复杂的混合物，含有大量轻油和萘等挥发物，焦油炮泥具有良好的可塑性能，但对环境污染较大，且烧结速度较慢；蒽油是焦油的分馏油，蒽油炮泥具有良好的可塑性能，环境污染小，但高温强度较低；树脂系炮泥高温强度高、污染小，但是与高温物体粘附性差，使铁口深度不能很好地延长，塑性较差，且硬化速度较快，有在泥炮中硬化的危险。

为了弥补各自的缺点，可将不同结合剂混合使用，而且混合使用可以调整结合剂中碳含量，有利于形成碳状网络结构，增加炮泥的高温强度和耐渣铁侵蚀性能。将普通焦油在高温下进行处理，脱去轻油和萘等挥发物，并混合一定比例树脂，形成一种改性焦油-树脂复合结合剂。

利用国内某2580m3高炉生产配方，分别加入重量比为15%的蒽油、焦油、改性焦油-树脂混合油碾成炮泥，在40kN压力下压制成40mm×40mm×160mm的条样，分别在800℃、1100℃、1450℃埋碳3h烧成，测得相关物理性能如图1、图2所示：

图1 不同结合剂炮泥的显气孔率

图2 不同结合剂炮泥的耐压强度

由图1、图2可以看出，使用改性焦油-树脂作为结合剂的炮泥气孔率最低，耐压强度最高。改性焦油-树脂具有碳含量高、挥发份少等特点，故在高温条件下因放出气体形成的气孔较少，能形成连续碳状网络结构，因此具有气孔率低、耐压强度高等优异性能。且由于焦油较好地改善了树脂的润湿性，使其具有良好的塑性。

2.2 添加炭黑对炮泥物理性能的影响

炭黑具有碳含量高、分散性能好、与铁水不浸润的特点，在无水炮泥中适当加入，能显著提高炮泥致密度以及抗渣铁侵蚀性能，是炮泥中一种比较理想的碳源。

利用国内某2580m3高炉生产配方，分别加入质量比为0%、1%、3%、5%的炭黑碾成炮泥，在40kN压力下压制成40mm×40mm×160mm的条样，在1450℃埋碳3h烧成，测得相关物理性能如图3、图4所示：

图3 不同炭黑加入量炮泥的显气孔率

图4 不同炭黑加入量炮泥的耐压强度

由图3、图4可以看出，在炮泥中添加炭黑，对降低炮泥显气孔率、提高炮泥高温烧结强度效果明显，一是更小粒度的炭黑能填充一般细粉之间的空隙，增加炮泥致密度；二是由于炭黑固定碳含量高，能形成更多的碳键，增加炮泥的高温强度。但由于炭黑比表面积较大，吸油率较高，加入量过多会导致结合剂加入量上升，炮泥气孔率和高温强度反而下降，从试验结果看，以加入3%为宜。

2.3 添加金属硅粉对炮泥物理性能的影响

影响炮泥性能的因素除了结合剂、基质、骨料以外，添加剂也起到了至关重要的作用。金属硅粉一是作为超微粉，能更好地填充到粉料之间的空隙中，增加炮泥致密度；二是作为抗氧化剂，能有效的防止炮泥中焦炭、炭黑、碳化硅等被氧化；三是在出铁过程中，金属硅粉与碳源反应生成了碳化硅，进一步强化了基质，提高了炮泥抗渣铁冲刷性能。

利用国内某2580m3高炉生产配方，分别加入质量比为0%、1%、3%、5%的金属硅粉碾成炮泥，在40kN压力下压制成40mm×40mm×160mm的条样，在1450℃埋碳3h烧成，测得相关物理性能如图5、图6所示：

图5 不同金属硅粉加入量炮泥的气孔率

图6 不同金属硅粉加入量炮泥的耐压强度

由图5、图6可以看出，随着金属硅粉的加入量增加，炮泥的气孔率逐渐降低，耐压强度逐渐提高，可显著改善炮泥的致密度和抗渣铁侵蚀性能。从试验结果来看，考虑到金属硅粉成本较高，根据炮泥实际使用需要，金属硅粉加入量5%时候能达到较好的使用性能。

3 实际应用效果

根据以上试验结果，对国内某2580m3高炉生产配方进行调整，采用改性焦油-树脂混合油替代普通焦油作为结合剂，并加入3%炭黑以及5%金属硅粉作为添加剂。将原配方炮泥和调整后的炮泥送至高炉使用，分别测量出铁30min、60min、90min铁水流速，如图7所示：

图7 炮泥调整前后铁流速度变化曲线

由图7可以看出，调整前后炮泥在出铁前期，铁水流速基本一致，在出铁中、后期，调整后的炮泥铁流速度要明显小于调整前炮泥。由此可见，通过对结合剂、碳源、添加剂进行调整后的炮泥由于具有更低的气孔率和更高的高温强度，从而更耐渣铁冲刷，炮泥侵蚀速度更慢，因而能达到出铁时间延长的目的。

4 结论

(1)采用改性焦油-树脂混合油作为结合剂炮泥显气孔率下降，高温耐压强度提高；

(2)添加3%炭黑炮泥显气孔率下降，高温耐压强度提高；

(3)添加5%金属硅粉炮泥显气孔率下降，高温耐压强度提高；

(4)采用改性焦油-树脂混合油作为结合剂并添加3%炭黑及5%金属硅粉的炮泥，出铁时中后期铁流速度更低，因而更耐渣铁冲刷。

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MethodsofExtendingTappingTimebySelectingStemming

Lu Xiaofeng1Liu Lihua1Xu Chao2Zhou Henghui2

(1.Hunan Xianggang Ruitai Technology Co.Ltd，Xiangtan 411101, Hunan；2.Refractory Co.Ltd of WISCO，Wuhan 430080, Hubei)

Through the analysis of the whole process of blast furnace slag iron discharge, this paper finds out various factors influencing tapping time, including the influence factors of blast furnace itself and the influence factors of taphole clay. This paper focuses on the factors affecting the stemming, combining with the damage mechanism of the iron notch in the channels, you can find ways to extend tapping time: choosing the beta high resin content and binder with appropriate viscosity (including asphalt), using a variety of composite carbon source, adding super fine powder and some additives to strengthen the matrix, thus, the stemming becomes more compact, so as to obtain high strength in different temperature gradient, and the formation of the enamel layer to resist the erosion of the pore surface. And the selection of high hardness, good thermal shock resistance and high corrosion resistance of refractory materials as coarse aggregate can effectively extend tapping time.

blast furnace; taphole clay; tapping time

游 涛)

2017-09-30

2017-11-15

陆晓锋(1980～)，男，工学学士，助理工程师.E-mail：lu_xiao_feng@163.com.

G642.42

A

1671-3524(2017)04-0012-03