高爐用環保無水炮泥的研制開發

李興

摘要：文章對現代大高爐環保無水炮泥用原材料、對其性能的影響以及重鋼2500m3高爐環保無水炮泥的研發、生產和使用情況進行了探討。目前，重鋼集團礦業公司冶金材料廠環保無水炮泥技術性能達到國內同類產品先進水平。

關鍵詞：環保無水炮泥；損毀機理；性能要求；原材料；影響因素；高爐 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ175 文章編號：1009-2374（2016）19-0025-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.012

隨著重鋼的環保搬遷，高爐由原來的最大1350m3增至2500m3，新區高爐朝大型化、高效長壽和環保方向發展，并采用高風溫、高頂壓、富氧等強化冶煉技術，使高爐工作條件日益苛刻，對高爐鐵口炮泥質量要求越來越高，老區高爐用的有水炮泥已無法滿足新區高爐的使用要求。本文介紹了重鋼新區2500m3高爐用環保無水炮泥的研發過程，現該產品已成功用于重鋼新區1#、2#、3#三座2500m3高爐，取得了滿意的使用效果。

1 炮泥損毀機理及性能

高爐炮泥用于堵塞高爐出鐵口，高爐不出鐵渣溶液時，炮泥填充在鐵口內，使鐵口維持一定的深度，高爐出鐵時，鐵口內的炮泥中心被鉆出孔道，鐵渣溶液通過孔道排出爐外，在此期間要求出鐵口孔徑穩定、出鐵均勻、出鐵時間長。因每天高爐出鐵口要反復多次打開和堵塞，所以既要求出鐵口炮泥易燒結（易堵口）、易開口，又要求其耐沖刷、抗侵蝕。炮泥受熔渣化學侵蝕主要是由于熔渣中的SiO2、CaO、MgO、FeO等高溫下與炮泥發生化學反應生成鐵橄欖石2FeO、SiO及鐵堇青石2FeO、Ai2O3、SiO2等低熔物，出鐵過程中變成渣液流失。高爐炮泥若質量不好，則會出現潮鐵口、斷鐵口、開口難、鐵口淺、工況惡化等現象，影響高爐正常生產。因此，現代新型大高爐用環保無水炮泥應具有以下性能：

1.1 抗侵蝕性

炮泥因承受高溫鐵渣溶液的長時間沖刷，應具有較高的耐火度、較好的抗渣鐵機械沖刷和化學侵蝕性能。

1.2 可塑性好

良好的可塑性便于炮泥機順利地將炮泥壓入鐵口，充填飽滿，以確保正常的鐵口深度，使高爐生產順利。

1.3 燒結性好

炮泥具有好的燒結性能，才能快速燒結并形成足夠的強度。

1.4 穩定性好

高爐炮泥要求在燒結過程中體積收縮小，避免出現滲鐵和漏鐵。

1.5 開口性好

高爐出鐵口需反復鉆孔打開和堵塞，炮泥燒結后應具有適中的強度，既滿足抗沖刷的要求，又要便于鉆孔打開。

1.6 環保無害化

新型高爐要求工人作業環境良好，炮泥使用過程中不產生有毒有害物質，環保健康。

2 原料及結合劑選擇

小高爐所用的傳統有水炮泥大多以焦粉、黏土、高鋁礬土、蒽油為主要原料，因其密度低、抗沖刷性能差，使用時產生大量有害煙氣而難以滿足大高爐的使用要求。新型環保無水炮泥由于采用了剛玉、碳化硅、氮化硅鐵等耐高溫抗侵蝕原材料，添加微粉促進燒結，使用環保結合劑等技術，使得炮泥的作業性能大大改善，通鐵時間延長，噸鐵炮泥單耗降低，節能環保。

2.1 剛玉及高鋁礬土

剛玉及高鋁礬土骨料體積密度大、熔點高、化學性能穩定，在炮泥中起骨架增加強度作用，炮泥強度高，耐沖刷。

2.2 焦炭

焦炭具有良好的導熱性及透氣性，能使炮泥快干易燒結，同時能使鐵口保持還原氣氛，保護碳化硅及其他碳素材料。

2.3 碳化硅及氮化硅鐵

該類材料具有導熱率高、耐磨性好、熱膨脹系數小、熱震穩定性好、高溫強度高等優點。兩種或幾種原料組合使用能改善炮泥的高溫抗侵蝕性和抗沖刷性能，使鐵口深度相對穩定，延長爐缸壽命。

2.4 瀝青

瀝青在打泥過程中受熱熔化增加炮泥的可塑性及黏結強度，燒結過程中縮聚焦化形成網格結構，提高炮泥的高溫強度。

2.5 絹云母及軟質黏土

絹云母及軟質黏土的加入可改善炮泥的可塑性和燒結性能，促進炮泥快速形成陶瓷燒結，增加其強度。

2.6 蘭晶石

蘭晶石在燒結過程中產生的體積膨脹能抵消其他材料帶來的體積收縮，使炮泥體積穩定。

2.7 結合劑

目前炮泥的結合劑主要為焦油和樹脂，焦油結合的炮泥密度和強度稍低，現場作業環境差，樹脂結合的炮泥易提前硬化，擠泥和開口難度加大，綜合考慮使用焦油和樹脂復合結合劑能滿足現有高爐的使用要求。

3 影響炮泥性能的因素

3.1 原料的粒度組成

炮泥的粒度組成要求按最緊密堆積原則增加泥料堆積密度，但根據實驗，適當增加粗顆粒比例，可降低炮泥的擠泥壓力，增強其作業性能，但當粗顆粒超過一定比例，則出現相反情況，目前炮泥普遍采用最大臨界粒度為3mm，1～3mm顆粒量控制在30%～35%為宜。

3.2 焦炭的加入量

焦炭在炮泥中以<2mm的粒度加入，使炮泥具有透氣性并防止原料過燒便于開口，同時使鐵口保持還原氣氛，焦炭的加入量對炮泥的影響如圖1所示：

由圖1可知，隨著焦炭量的增加，炮泥的氣孔增大，透氣性及快干性增加，但體密減小，強度降低，焦炭加入量一般以10%～20%為宜。

3.3 瀝青的加入量

炮泥中的瀝青以高溫球狀瀝青形式加入最好，瀝青的軟化點一般控制在140℃左右，適當的加入量會提高炮泥的強度及打泥的可塑性能，瀝青的加入量對炮泥的影響如圖2所示：

由圖2可知，隨著瀝青量的增加，炮泥的氣孔下降，強度增加，但加入量過多，強度會下降，影響炮泥的綜合性能，瀝青一般以2a%的量加入為宜。

3.4 結合劑的加入量

結合劑的加入使炮泥具有一定的可塑性和強度。結合劑的加入量一方面要根據生產時的出泥馬夏值及用戶的打泥壓力做小范圍的調整，但也不能加入過多而影響炮泥的高溫強度和抗沖刷性能，結合劑的加入量對炮泥的影響如圖3所示：

由圖3可知，結合劑加入量的增加，炮泥的可塑性更好，但氣孔率增大、體密下降、強度降低，結合劑的加入量一般為15%～16%。

3.5 氮化硅鐵的加入量

炮泥中引入氮化硅鐵，主要是增強炮泥的高溫強度及抗渣侵蝕性，提高炮泥出鐵時的抗沖刷性能。氮化硅鐵的加入量對炮泥強度的影響如圖4所示：

由圖4可知，隨著氮化硅鐵加入量的增加，250℃×24h烘干強度并無明顯增加，但1450℃×24h（埋碳）燒后強度及高溫抗折強度增加明顯，氮化硅鐵增加到一定量后，則強度增加緩慢。從炮泥抗沖刷性及成本綜合考慮，氮化硅鐵的加入量以4a%為宜。

4 炮泥的配方、性能及生產工藝

試驗后優選出炮泥的生產配方見表7。

炮泥制成40mm×40mm×160mm條樣250℃×24h烘干檢測其常溫指標，埋碳1450℃×1h燒后檢測其抗壓強度，炮泥性能指標見表8。

在重鋼2500m3高爐試用的其他廠家的炮泥性能指標檢測見表9。

我廠生產的重鋼2500m3高爐用環保無水炮泥及其他廠家炮泥使用性能對比見表10。

炮泥的生產工藝對炮泥的質量影響較大，生產工藝過程中必須保證原料稱量準確，結合劑加入前要預熱到最佳溫度，碾泥溫度適宜（冬天碾泥機需加熱），碾泥時間足夠但不能過長，出泥溫度及壓力能使炮泥最大致密化，出泥前應盡快測定炮泥的馬夏值并做好記錄，馬夏值應根據炮泥的打泥壓力和不同季節進行調整。重鋼2500m3高爐炮泥馬夏值（60℃）一般控制在0.3～0.5MPa。

5 結語

（1）現代大型高爐用環保無水炮泥需引入剛玉、碳化硅、氮化硅鐵等高性能原料以提高炮泥的高溫抗侵蝕性和抗沖刷性能，延長通鐵時間，增加通鐵量，同時結合劑的選擇應考慮環保無害，工人工作環境良好；（2）炮泥原料最大粒徑以小于3mm為宜，焦炭加入量為10%～20%，結合劑的加入量為15%～16%，炮泥具有良好的作業性能；（3）研制的環保無水炮泥已在重鋼三座2500m3高爐上正常使用，通鐵平均時間大于100分鐘，單次通鐵量500噸左右，性能穩定。

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（責任編輯：黃銀芳）