高爐炮泥的性能優(yōu)化

陸曉鋒 劉利華 徐 超 周珩輝

(1.湖南湘鋼瑞泰科技有限公司 湖南 湘潭：411101;2.武鋼耐火材料有限責(zé)任公司 湖北 武漢：430080)

高爐炮泥的性能優(yōu)化

陸曉鋒1劉利華1徐 超2周珩輝1

(1.湖南湘鋼瑞泰科技有限公司 湖南 湘潭：411101;2.武鋼耐火材料有限責(zé)任公司 湖北 武漢：430080)

當(dāng)高爐出鐵口打開后，一次出鐵時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于高爐的穩(wěn)定性，有利于降低炮泥消耗，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少環(huán)境污染。結(jié)合炮泥在鐵口孔道內(nèi)的損毀機(jī)理，通過改進(jìn)炮泥用結(jié)合劑、碳源、添加劑等，提高炮泥的致密度和高溫強(qiáng)度，從而降低炮泥在鐵口通道損毀速度，延長(zhǎng)出鐵時(shí)間。結(jié)果表明，采用改性焦油-樹脂混合油作為結(jié)合劑,添加3%炭黑及5%金屬硅粉的炮泥，更耐渣鐵沖刷，出鐵時(shí)間更長(zhǎng)。

高爐；無(wú)水炮泥；出鐵時(shí)間

1 引言

隨著隨著高爐向長(zhǎng)壽命、強(qiáng)化冶煉和大型化方向發(fā)展，作為高爐出鐵口使用的耐火材料——炮泥，在材質(zhì)與質(zhì)量方面不斷地改進(jìn)和提高，已從單純的消耗性耐火材料轉(zhuǎn)換為功能性耐火材料。品質(zhì)優(yōu)良的炮泥不僅可以穩(wěn)定出鐵，減少爐缸與鐵口的磨損，而且可以形成穩(wěn)定的泥包，有效降低鐵口下方區(qū)域的側(cè)壁溫度，起到保護(hù)高爐爐缸的作用。

高爐出鐵時(shí)間是表征炮泥使用效果的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，較長(zhǎng)的出鐵時(shí)間有利于高爐的穩(wěn)定順行，降低炮泥消耗，降低爐前工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善爐前作業(yè)環(huán)境，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過分析炮泥的損毀機(jī)理可知：炮泥所形成的泥包和鐵口通道受渣鐵的物理沖刷、化學(xué)侵蝕以及內(nèi)部熱應(yīng)力作用造成泥包產(chǎn)生裂紋和剝落，鐵口孔道擴(kuò)大，從而影響出鐵時(shí)間。

國(guó)內(nèi)無(wú)水炮泥性能較國(guó)外先進(jìn)水平還有一定的差距，國(guó)外無(wú)水炮泥的生產(chǎn)注重選擇優(yōu)質(zhì)高純?cè)献鳛榕谀嘀饕褂迷希易⒁獠捎眯滦徒Y(jié)合劑和外加劑，使得無(wú)水炮泥性能穩(wěn)定，既可長(zhǎng)時(shí)間出鐵，又降低了炮泥消耗。

通過研究炮泥損毀機(jī)理以及國(guó)內(nèi)外炮泥發(fā)展趨勢(shì)，選擇新型結(jié)合劑與外加劑提高炮泥的致密度和高溫強(qiáng)度，能有效增強(qiáng)炮泥的抗渣鐵沖刷性能，降低鐵口通道中炮泥的侵蝕速度，從而延長(zhǎng)出鐵時(shí)間。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 不同結(jié)合劑對(duì)炮泥物理性能的影響

炮泥結(jié)合劑常用的焦油、蒽油、樹脂等，各有優(yōu)缺點(diǎn)。焦油是一種復(fù)雜的混合物，含有大量輕油和萘等揮發(fā)物，焦油炮泥具有良好的可塑性能，但對(duì)環(huán)境污染較大，且燒結(jié)速度較慢；蒽油是焦油的分餾油，蒽油炮泥具有良好的可塑性能，環(huán)境污染小，但高溫強(qiáng)度較低；樹脂系炮泥高溫強(qiáng)度高、污染小，但是與高溫物體粘附性差，使鐵口深度不能很好地延長(zhǎng)，塑性較差，且硬化速度較快，有在泥炮中硬化的危險(xiǎn)。

為了彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，可將不同結(jié)合劑混合使用，而且混合使用可以調(diào)整結(jié)合劑中碳含量，有利于形成碳狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加炮泥的高溫強(qiáng)度和耐渣鐵侵蝕性能。將普通焦油在高溫下進(jìn)行處理，脫去輕油和萘等揮發(fā)物，并混合一定比例樹脂，形成一種改性焦油-樹脂復(fù)合結(jié)合劑。

利用國(guó)內(nèi)某2580m3高爐生產(chǎn)配方，分別加入重量比為15%的蒽油、焦油、改性焦油-樹脂混合油碾成炮泥，在40kN壓力下壓制成40mm×40mm×160mm的條樣，分別在800℃、1100℃、1450℃埋碳3h燒成，測(cè)得相關(guān)物理性能如圖1、圖2所示：

圖1 不同結(jié)合劑炮泥的顯氣孔率

圖2 不同結(jié)合劑炮泥的耐壓強(qiáng)度

由圖1、圖2可以看出，使用改性焦油-樹脂作為結(jié)合劑的炮泥氣孔率最低，耐壓強(qiáng)度最高。改性焦油-樹脂具有碳含量高、揮發(fā)份少等特點(diǎn)，故在高溫條件下因放出氣體形成的氣孔較少，能形成連續(xù)碳狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此具有氣孔率低、耐壓強(qiáng)度高等優(yōu)異性能。且由于焦油較好地改善了樹脂的潤(rùn)濕性，使其具有良好的塑性。

2.2 添加炭黑對(duì)炮泥物理性能的影響

炭黑具有碳含量高、分散性能好、與鐵水不浸潤(rùn)的特點(diǎn)，在無(wú)水炮泥中適當(dāng)加入，能顯著提高炮泥致密度以及抗渣鐵侵蝕性能，是炮泥中一種比較理想的碳源。

利用國(guó)內(nèi)某2580m3高爐生產(chǎn)配方，分別加入質(zhì)量比為0%、1%、3%、5%的炭黑碾成炮泥，在40kN壓力下壓制成40mm×40mm×160mm的條樣，在1450℃埋碳3h燒成，測(cè)得相關(guān)物理性能如圖3、圖4所示：

圖3 不同炭黑加入量炮泥的顯氣孔率

圖4 不同炭黑加入量炮泥的耐壓強(qiáng)度

由圖3、圖4可以看出，在炮泥中添加炭黑，對(duì)降低炮泥顯氣孔率、提高炮泥高溫?zé)Y(jié)強(qiáng)度效果明顯，一是更小粒度的炭黑能填充一般細(xì)粉之間的空隙，增加炮泥致密度；二是由于炭黑固定碳含量高，能形成更多的碳鍵，增加炮泥的高溫強(qiáng)度。但由于炭黑比表面積較大，吸油率較高，加入量過多會(huì)導(dǎo)致結(jié)合劑加入量上升，炮泥氣孔率和高溫強(qiáng)度反而下降，從試驗(yàn)結(jié)果看，以加入3%為宜。

2.3 添加金屬硅粉對(duì)炮泥物理性能的影響

影響炮泥性能的因素除了結(jié)合劑、基質(zhì)、骨料以外，添加劑也起到了至關(guān)重要的作用。金屬硅粉一是作為超微粉，能更好地填充到粉料之間的空隙中，增加炮泥致密度；二是作為抗氧化劑，能有效的防止炮泥中焦炭、炭黑、碳化硅等被氧化；三是在出鐵過程中，金屬硅粉與碳源反應(yīng)生成了碳化硅，進(jìn)一步強(qiáng)化了基質(zhì)，提高了炮泥抗渣鐵沖刷性能。

利用國(guó)內(nèi)某2580m3高爐生產(chǎn)配方，分別加入質(zhì)量比為0%、1%、3%、5%的金屬硅粉碾成炮泥，在40kN壓力下壓制成40mm×40mm×160mm的條樣，在1450℃埋碳3h燒成，測(cè)得相關(guān)物理性能如圖5、圖6所示：

圖5 不同金屬硅粉加入量炮泥的氣孔率

圖6 不同金屬硅粉加入量炮泥的耐壓強(qiáng)度

由圖5、圖6可以看出，隨著金屬硅粉的加入量增加，炮泥的氣孔率逐漸降低，耐壓強(qiáng)度逐漸提高，可顯著改善炮泥的致密度和抗渣鐵侵蝕性能。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，考慮到金屬硅粉成本較高，根據(jù)炮泥實(shí)際使用需要，金屬硅粉加入量5%時(shí)候能達(dá)到較好的使用性能。

3 實(shí)際應(yīng)用效果

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)國(guó)內(nèi)某2580m3高爐生產(chǎn)配方進(jìn)行調(diào)整，采用改性焦油-樹脂混合油替代普通焦油作為結(jié)合劑，并加入3%炭黑以及5%金屬硅粉作為添加劑。將原配方炮泥和調(diào)整后的炮泥送至高爐使用，分別測(cè)量出鐵30min、60min、90min鐵水流速，如圖7所示：

圖7 炮泥調(diào)整前后鐵流速度變化曲線

由圖7可以看出，調(diào)整前后炮泥在出鐵前期，鐵水流速基本一致，在出鐵中、后期，調(diào)整后的炮泥鐵流速度要明顯小于調(diào)整前炮泥。由此可見，通過對(duì)結(jié)合劑、碳源、添加劑進(jìn)行調(diào)整后的炮泥由于具有更低的氣孔率和更高的高溫強(qiáng)度，從而更耐渣鐵沖刷，炮泥侵蝕速度更慢，因而能達(dá)到出鐵時(shí)間延長(zhǎng)的目的。

4 結(jié)論

(1)采用改性焦油-樹脂混合油作為結(jié)合劑炮泥顯氣孔率下降，高溫耐壓強(qiáng)度提高；

(2)添加3%炭黑炮泥顯氣孔率下降，高溫耐壓強(qiáng)度提高；

(3)添加5%金屬硅粉炮泥顯氣孔率下降，高溫耐壓強(qiáng)度提高；

(4)采用改性焦油-樹脂混合油作為結(jié)合劑并添加3%炭黑及5%金屬硅粉的炮泥，出鐵時(shí)中后期鐵流速度更低，因而更耐渣鐵沖刷。

[1] 陶金波,孫立波,尹進(jìn)鳴. 無(wú)水炮泥使用效果的綜合分析[C]. 2008年耐火材料學(xué)術(shù)交流論文集，2008：49-51.

[2] 徐萬(wàn)仁. 高爐爐缸工作與長(zhǎng)壽維護(hù)[R]. 鎮(zhèn)江：寶鋼研究院，2015.

[3] 劉學(xué)智,吳延輝. 高爐出鐵口用炮泥的損毀及延長(zhǎng)出鐵時(shí)間的探討[J].耐火與石灰，2013，38(1)：3-6.

[4] 全榮編譯.高爐出鐵期間鐵水/爐渣排出速度的數(shù)值分析[J].耐火與石灰，2011,36(1)：35-38.

[5] 陸曉鋒,劉利華,周珩輝. 降低炮泥氣孔率的分析與探索[C]∥第十四屆不定形耐火材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,2017.

[6] 張正富,李洪會(huì),趙軍,等.改善無(wú)水炮泥燒結(jié)性能的研究[C]∥第十一屆不定形耐火材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,2011.

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 濤)

2017-09-30

2017-11-15

陸曉鋒(1980～)，男，工學(xué)學(xué)士，助理工程師.E-mail：lu_xiao_feng@163.com.

G642.42

A

1671-3524(2017)04-0012-03