隨著高爐向長壽命、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)向功能性耐火材料。炮泥的性能對于鐵口的維護(hù)有著非常重要的作用，為了滿足高爐安全生產(chǎn)的要求，國內(nèi)外的科技工作者和工程技術(shù)人員對炮泥進(jìn)行了多方面的攻關(guān)，如提高原材料的純度以降低炮泥內(nèi)雜質(zhì)的含量，以不同的有機(jī)結(jié)合劑代替水拌和炮泥料以改善炮泥的結(jié)合性，在炮泥內(nèi)添加新的功能材料以改善炮泥的抗渣鐵侵蝕性和沖刷性等，所有這些都為改善爐前的作業(yè)環(huán)境、減輕工人的勞動強(qiáng)度起到了積極的作用。
目前國內(nèi)的大型高爐用炮泥始終存在較多的問題，但從2003年起，北京科技大學(xué)研制開發(fā)新型無水炮泥，通過使用北京科技大學(xué)自主開發(fā)的耐火原料－氮化硅鐵，同時對炮泥的生產(chǎn)工藝進(jìn)行系統(tǒng)的研究，解決了以往大型高爐用炮泥使用上的缺陷，使大型高爐用無水炮泥的使用性能取得了突破性的提高，最大限度地滿足大型高爐的冶煉要求和壽命要求，為延長高爐壽命打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。
高爐出鐵口用炮泥的損毀機(jī)理
1 熱機(jī)械侵蝕
出鐵時鐵口中心被鉆頭鉆開，熾熱的鐵水和熔渣從鐵口流出，使鐵口炮泥承受1500℃以上高溫。當(dāng)鐵渣出完，用炮泥重新堵鐵口時，舊炮泥接觸新堵口的炮泥，溫度從1500℃急速降到200℃左右，這樣反復(fù)作用，在舊炮泥內(nèi)部產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，易導(dǎo)致以鐵口為圓心的圓弧形裂紋。新炮泥在干燥和燒結(jié)過程中，結(jié)合劑的揮發(fā)，留下大量的氣孔，新舊炮泥的接觸面上，也會由于新炮泥的燒結(jié)收縮產(chǎn)生縫隙，這就使得熔融的渣鐵液體易滲入這些縫隙中，當(dāng)下次鐵口打開時，在熔流強(qiáng)烈的沖刷下，炮泥發(fā)生脫落損毀。
2 熱化學(xué)侵蝕
我國高爐大量使用燒結(jié)礦，僅少量球團(tuán)礦和礦石，渣鐵比高，炮泥與鐵液及渣熔液長時間接觸，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使炮泥被侵蝕。反應(yīng)生成鐵橄欖石（F2S），鐵堇青石（F2AS5），鐵鋁酸四鈣（C4AF），錳堇青石（2MnO·2Al2O3·5SiO2）等低熔點(diǎn)礦物相，在出鐵期間，隨著鐵渣熔液的沖刷而流失，使出鐵口孔徑擴(kuò)大，造成鐵水急速沖出鐵口，影響鐵口穩(wěn)定。
3 出渣出鐵方式的影響
若高爐同時設(shè)有出鐵口和出渣口，可減輕鐵口的出渣量。若不設(shè)渣口，渣鐵熔液全部通過鐵口排出，將增加鐵口的工作負(fù)荷，使炮泥損毀加劇。另外，鐵口直徑、鐵口深度、鐵水和渣層水平面的厚度、爐內(nèi)煤氣壓力等對放出的鐵水和爐渣有直接的影響。穩(wěn)定操作、獲得較長時間出鐵、避免出鐵量急劇增加時加劇磨損，這些都與炮泥的性能有直接關(guān)系，炮泥優(yōu)良的抗渣鐵沖刷及耐侵蝕性能可以減少出鐵口直徑及鐵口深度的快速惡化。
4 出鐵次數(shù)的影響
高爐出鐵次數(shù)少，炮泥在鐵口內(nèi)燒結(jié)完全，有利于鐵口的維護(hù)。出鐵次數(shù)多，出鐵間隔時間短，炮泥在鐵口內(nèi)燒結(jié)不完全，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，炮泥抗渣鐵化學(xué)侵蝕和機(jī)械沖刷性能變差，潮鐵口，淺鐵口經(jīng)常出現(xiàn)，鐵口不能見渣，經(jīng)常跑大流，只能放風(fēng)或拉風(fēng)出鐵，影響高爐的安全生產(chǎn)。追求長時間出鐵、減少出鐵次數(shù)是大型高爐的努力方向。
5 開鐵口方式的影響
無水炮泥燒結(jié)強(qiáng)度大，開口較難，用合金鉆頭配合氧氣吹燒，開口時間長，鐵口孔徑不穩(wěn)定，且O2易對炮泥中的C產(chǎn)生氧化。同時降低鐵口的穩(wěn)定性，增加工人的勞動強(qiáng)度。
國內(nèi)外炮泥的發(fā)展現(xiàn)狀
我國是產(chǎn)鐵大國，有煉鐵高爐上千座，爐容大小不等，小的不足100m3，大的超過4000m3。這其中的中小高爐居多，約占2／3。長時間以來，我國的中小高爐一般都同時設(shè)有出鐵口和出渣口，在出鐵前先通過出渣口放上渣。由于放上渣存在不安全等不利因素，最近幾年許多煉鐵廠已停止了放上渣操作，僅留有出鐵口出鐵渣熔液。鐵口的打開方式一般都是鉆孔法，即用帶有沖擊性的鉆機(jī)在鐵口中心將炮泥強(qiáng)制性鉆出孔道，讓鐵水通過孔道排出爐外。鐵水所用炮泥大部分是傳統(tǒng)炮泥，這種炮泥以焦炭粉、粘土粉、鋁礬土熟料及焦油瀝青為主要原料，用水拌合，在混碾機(jī)中經(jīng)一定時間的混碾成為高爐鐵口所用的炮泥，因此這類炮泥稱為有水炮泥。這種炮泥體積密度小，耐渣鐵侵蝕性差，在堵高爐出鐵口時，易造成鐵口長度不夠，在出鐵期間往往跑焦炭，出鐵放風(fēng)，出不凈渣鐵熔液等，影響高爐正常生產(chǎn)。特別是隨著各煉鐵廠進(jìn)行擴(kuò)容改造后，產(chǎn)量增加，冶煉強(qiáng)化，這種炮泥不能滿足鐵口維護(hù)的需要，但由于其成本低，經(jīng)改進(jìn)后，仍在我國的絕大多數(shù)中小型高爐上使用，其單耗在1．0kg／t鐵以上。
我國的大中型高爐一般都是20世紀(jì)80年代后改建或新建的，一般不設(shè)出渣口，僅設(shè)有1－4個出鐵口，鐵口每天排出的鐵渣量很大，如寶鋼兩座4063m3的大型高爐，日最大出鐵量為10000t，出渣量為3200t，出鐵渣的速度為5．8～7．5t／min。要滿足這些工作條件，有水炮泥顯然不行，為此采用了另一類型的炮泥———無水炮泥。無水炮泥一般由剛玉、碳化硅和焦粉為主要原料，同時配加不同的外加劑，以焦油作為結(jié)合劑。這種炮泥由于采用高純原料，并以碳質(zhì)原料為結(jié)合劑，其耐渣鐵熔液的侵蝕性能比有水炮泥大為提高，可以使鐵口出鐵時間延長，降低出鐵次數(shù)。另外，無水炮泥在使用中也有一個不斷改進(jìn)完善的過程。國內(nèi)不少煉鐵廠在無水炮泥的改進(jìn)方面做了許多有益償試，研制了多種類型的無水炮泥，或采用特殊材料作為炮泥的原料，如含鈦炮泥等。
國外各主要產(chǎn)鐵國家對炮泥的質(zhì)量都十分重視，其發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段。第一階段為有水炮泥，和國內(nèi)的相差不多，為滿足現(xiàn)代大型高爐的生產(chǎn)需要，改善高爐出鐵口狀況，20世紀(jì)70年代初至80年代初，世界各國相繼推出了無水炮泥。而實(shí)際使用無水炮泥后，鐵口泥套的使用壽命提高10倍以上，出鐵過程中消滅了噴焦炭現(xiàn)象，最早的無水炮泥都是用焦油作結(jié)合劑，但焦油在使用中遇高溫鐵水會產(chǎn)生煙霧，惡化工作環(huán)境。為克服這一缺點(diǎn)，日本和德國等國研制出了樹脂為結(jié)合劑的無水炮泥。名古屋廠對以焦油和以酚醛樹脂為結(jié)合劑的Al2O3－SiC－C系無水炮泥進(jìn)行了比較，以酚醛樹脂為結(jié)合劑的無水炮泥明顯優(yōu)越于以煤焦油為結(jié)合劑的無水炮泥。
除結(jié)合劑方面的改進(jìn)外，日本在1979年到1987年還先后開發(fā)了SiO2炮泥，高耐用性SiO2炮泥及特別耐用氧化鋁炮泥。由于無水炮泥開鐵口困難，日本于1985年開發(fā)出了插棒法開鐵口，它結(jié)合改進(jìn)炮泥，顯著降低了炮泥的單位耗量和減少了出鐵次數(shù)，達(dá)到最佳的出鐵量，穩(wěn)定操作以及減輕工人勞動強(qiáng)度的目的。
總體來說，國外無水炮泥的生產(chǎn)注重選擇優(yōu)質(zhì)高純原料或人工合成原料作為炮泥的主要使用原材料，而且注意采用新型結(jié)合劑和外加劑，使得無水炮泥質(zhì)量提高性能穩(wěn)定，即可以長時間出鐵，又可減少炮泥單耗。
大型高爐用炮泥目前存在的問題
大型高爐用無水炮泥目前出現(xiàn)的問題主要有幾個方面：（1）燒結(jié)強(qiáng)度大，其突出的問題是在高爐上應(yīng)用時，開鐵口困難，有時只能使用氧槍沖開，破壞了鐵口的結(jié)構(gòu)；（2）抗侵蝕及抗沖刷性能差，表現(xiàn)在高爐上為鐵口容易擴(kuò)孔，影響了出鐵，同時鐵口無法維護(hù)；（3）潮泥現(xiàn)象，需要干燥的時間過長，出鐵時炮泥沒有干燥，開口機(jī)開口困難；（4）可塑性差，打泥困難。
如何提高炮泥的性能指標(biāo)，使炮泥既能滿足高爐出鐵時鐵渣熔液對其侵蝕和沖刷的要求，又便于打開鐵口，順利出鐵，是我們追求的目標(biāo)。
結(jié)束語
炮泥用于堵塞出鐵口，是重要的高爐用耐火材料之一，尤其是大型高爐，一天之內(nèi)高速流經(jīng)出鐵口的鐵水可以達(dá)到1萬4千噸，所以，高爐炮泥的使用條件非�？量�、性能要求很高。新型無水炮泥由于使用了氮化硅鐵的新型耐火原料，使得炮泥的高溫抗折強(qiáng)度提高，耐鐵水沖刷性較強(qiáng)，基本上克服了以往炮泥在使用中的缺陷。 |
