高爐用環(huán)保無(wú)水炮泥的研制開(kāi)發(fā)

李興

摘要：文章對(duì)現(xiàn)代大高爐環(huán)保無(wú)水炮泥用原材料、對(duì)其性能的影響以及重鋼2500m3高爐環(huán)保無(wú)水炮泥的研發(fā)、生產(chǎn)和使用情況進(jìn)行了探討。目前，重鋼集團(tuán)礦業(yè)公司冶金材料廠(chǎng)環(huán)保無(wú)水炮泥技術(shù)性能達(dá)到國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平。

關(guān)鍵詞：環(huán)保無(wú)水炮泥；損毀機(jī)理；性能要求；原材料；影響因素；高爐 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

隨著重鋼的環(huán)保搬遷，高爐由原來(lái)的最大1350m3增至2500m3，新區(qū)高爐朝大型化、高效長(zhǎng)壽和環(huán)保方向發(fā)展，并采用高風(fēng)溫、高頂壓、富氧等強(qiáng)化冶煉技術(shù)，使高爐工作條件日益苛刻，對(duì)高爐鐵口炮泥質(zhì)量要求越來(lái)越高，老區(qū)高爐用的有水炮泥已無(wú)法滿(mǎn)足新區(qū)高爐的使用要求。本文介紹了重鋼新區(qū)2500m3高爐用環(huán)保無(wú)水炮泥的研發(fā)過(guò)程，現(xiàn)該產(chǎn)品已成功用于重鋼新區(qū)1#、2#、3#三座2500m3高爐，取得了滿(mǎn)意的使用效果。

1 炮泥損毀機(jī)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(shí)，炮泥填充在鐵口內(nèi)，使鐵口維持一定的深度，高爐出鐵時(shí)，鐵口內(nèi)的炮泥中心被鉆出孔道，鐵渣溶液通過(guò)孔道排出爐外，在此期間要求出鐵口孔徑穩(wěn)定、出鐵均勻、出鐵時(shí)間長(zhǎng)。因每天高爐出鐵口要反復(fù)多次打開(kāi)和堵塞，所以既要求出鐵口炮泥易燒結(jié)（易堵口）、易開(kāi)口，又要求其耐沖刷、抗侵蝕。炮泥受熔渣化學(xué)侵蝕主要是由于熔渣中的SiO2、CaO、MgO、FeO等高溫下與炮泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成鐵橄欖石2FeO、SiO及鐵堇青石2FeO、Ai2O3、SiO2等低熔物，出鐵過(guò)程中變成渣液流失。高爐炮泥若質(zhì)量不好，則會(huì)出現(xiàn)潮鐵口、斷鐵口、開(kāi)口難、鐵口淺、工況惡化等現(xiàn)象，影響高爐正常生產(chǎn)。因此，現(xiàn)代新型大高爐用環(huán)保無(wú)水炮泥應(yīng)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(zhǎng)時(shí)間沖刷，應(yīng)具有較高的耐火度、較好的抗渣鐵機(jī)械沖刷和化學(xué)侵蝕性能。

1.2 可塑性好

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

1.3 燒結(jié)性好

炮泥具有好的燒結(jié)性能，才能快速燒結(jié)并形成足夠的強(qiáng)度。

1.4 穩(wěn)定性好

高爐炮泥要求在燒結(jié)過(guò)程中體積收縮小，避免出現(xiàn)滲鐵和漏鐵。

1.5 開(kāi)口性好

高爐出鐵口需反復(fù)鉆孔打開(kāi)和堵塞，炮泥燒結(jié)后應(yīng)具有適中的強(qiáng)度，既滿(mǎn)足抗沖刷的要求，又要便于鉆孔打開(kāi)。

1.6 環(huán)保無(wú)害化

新型高爐要求工人作業(yè)環(huán)境良好，炮泥使用過(guò)程中不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，環(huán)保健康。

2 原料及結(jié)合劑選擇

小高爐所用的傳統(tǒng)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(shí)產(chǎn)生大量有害煙氣而難以滿(mǎn)足大高爐的使用要求。新型環(huán)保無(wú)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(jìn)燒結(jié)，使用環(huán)保結(jié)合劑等技術(shù)，使得炮泥的作業(yè)性能大大改善，通鐵時(shí)間延長(zhǎng)，噸鐵炮泥單耗降低，節(jié)能環(huán)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(diǎn)高、化學(xué)性能穩(wěn)定，在炮泥中起骨架增加強(qiáng)度作用，炮泥強(qiáng)度高，耐沖刷。

2.2 焦炭

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

2.3 碳化硅及氮化硅鐵

該類(lèi)材料具有導(dǎo)熱率高、耐磨性好、熱膨脹系數(shù)小、熱震穩(wěn)定性好、高溫強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。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(duì)穩(wěn)定，延長(zhǎng)爐缸壽命。

2.4 瀝青

瀝青在打泥過(guò)程中受熱熔化增加炮泥的可塑性及黏結(jié)強(qiáng)度，燒結(jié)過(guò)程中縮聚焦化形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，提高炮泥的高溫強(qiáng)度。

2.5 絹云母及軟質(zhì)黏土

絹云母及軟質(zhì)黏土的加入可改善炮泥的可塑性和燒結(jié)性能，促進(jìn)炮泥快速形成陶瓷燒結(jié)，增加其強(qiáng)度。

2.6 蘭晶石

蘭晶石在燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的體積膨脹能抵消其他材料帶來(lái)的體積收縮，使炮泥體積穩(wěn)定。

2.7 結(jié)合劑

目前炮泥的結(jié)合劑主要為焦油和樹(shù)脂，焦油結(jié)合的炮泥密度和強(qiáng)度稍低，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境差，樹(shù)脂結(jié)合的炮泥易提前硬化，擠泥和開(kāi)口難度加大，綜合考慮使用焦油和樹(shù)脂復(fù)合結(jié)合劑能滿(mǎn)足現(xiàn)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(jù)實(shí)驗(yàn)，適當(dāng)增加粗顆粒比例，可降低炮泥的擠泥壓力，增強(qiáng)其作業(yè)性能，但當(dāng)粗顆粒超過(guò)一定比例，則出現(xiàn)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(guò)燒便于開(kāi)口，同時(shí)使鐵口保持還原氣氛，焦炭的加入量對(duì)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(qiáng)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(diǎn)一般控制在140℃左右，適當(dāng)?shù)募尤肓繒?huì)提高炮泥的強(qiáng)度及打泥的可塑性能，瀝青的加入量對(duì)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(qiáng)度增加，但加入量過(guò)多，強(qiáng)度會(huì)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(jié)合劑的加入量

結(jié)合劑的加入使炮泥具有一定的可塑性和強(qiáng)度。結(jié)合劑的加入量一方面要根據(jù)生產(chǎn)時(shí)的出泥馬夏值及用戶(hù)的打泥壓力做小范圍的調(diào)整，但也不能加入過(guò)多而影響炮泥的高溫強(qiáng)度和抗沖刷性能，結(jié)合劑的加入量對(duì)炮泥的影響如圖3所示：

由圖3可知，結(jié)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(qiáng)度降低，結(jié)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(qiáng)炮泥的高溫強(qiáng)度及抗渣侵蝕性，提高炮泥出鐵時(shí)的抗沖刷性能。氮化硅鐵的加入量對(duì)炮泥強(qiáng)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(qiáng)度并無(wú)明顯增加，但1450℃×24h（埋碳）燒后強(qiáng)度及高溫抗折強(qiáng)度增加明顯，氮化硅鐵增加到一定量后，則強(qiáng)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(chǎn)工藝

試驗(yàn)后優(yōu)選出炮泥的生產(chǎn)配方見(jiàn)表7。

炮泥制成40mm×40mm×160mm條樣250℃×24h烘干檢測(cè)其常溫指標(biāo)，埋碳1450℃×1h燒后檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度，炮泥性能指標(biāo)見(jiàn)表8。

在重鋼2500m3高爐試用的其他廠(chǎng)家的炮泥性能指標(biāo)檢測(cè)見(jiàn)表9。

我廠(chǎng)生產(chǎn)的重鋼2500m3高爐用環(huán)保無(wú)水炮泥及其他廠(chǎng)家炮泥使用性能對(duì)比見(jiàn)表10。

炮泥的生產(chǎn)工藝對(duì)炮泥的質(zhì)量影響較大，生產(chǎn)工藝過(guò)程中必須保證原料稱(chēng)量準(zhǔn)確，結(jié)合劑加入前要預(yù)熱到最佳溫度，碾泥溫度適宜（冬天碾泥機(jī)需加熱），碾泥時(shí)間足夠但不能過(guò)長(zhǎng)，出泥溫度及壓力能使炮泥最大致密化，出泥前應(yīng)盡快測(cè)定炮泥的馬夏值并做好記錄，馬夏值應(yīng)根據(jù)炮泥的打泥壓力和不同季節(jié)進(jìn)行調(diào)整。重鋼2500m3高爐炮泥馬夏值（60℃）一般控制在0.3～0.5MPa。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）現(xiàn)代大型高爐用環(huán)保無(wú)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(zhǎng)通鐵時(shí)間，增加通鐵量，同時(shí)結(jié)合劑的選擇應(yīng)考慮環(huán)保無(wú)害，工人工作環(huán)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(jié)合劑的加入量為15%～16%，炮泥具有良好的作業(yè)性能；（3）研制的環(huán)保無(wú)水炮泥已在重鋼三座2500m3高爐上正常使用，通鐵平均時(shí)間大于100分鐘，單次通鐵量500噸左右，性能穩(wěn)定。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）