时间: 2024-07-28 13:54:11 | 作者: 辅助设备
随着高炉朝大型化、冶炼不断强化、高风压及低炉次方向发展，对炮泥的质量发展要求慢慢的升高，而从环保的角度，要求炮泥在堵铁口时不冒烟，铁口周边气体中不含苯。
炮泥是由骨料、粉料、结合剂和液体组成的Al2O3—SiO2—SiC—C质材料，对炮泥性能的基础要求是：良好的可塑性，挤出的泥料为致密泥柱，不发生断裂或松散；良好的润滑性，平稳挤入出铁孔内，不发生梗阻；在出铁孔处达到某些特定的程度烧结，形成泥包，保护出铁口内侧衬体。
对施工性能要求，通常用“马夏值”来衡量，一般要求马夏值0.45 MPa ~1.40MPa。按结合剂不同，分为有水炮泥和无水炮泥。
早期开发的一种炮泥，由于生产的基本工艺简单、价格低，现在一些中小高炉仍在使用。大中型高炉只有在开炉或处理炉缸冻结等事故、出铁不正常等情况下，在短期内使用有水炮泥。使用前一般用挤泥机挤成圆柱状泥块，使用时泥块放入泥炮中再挤压入出铁口内。
按使用条件，炮泥用各种原料的配比波动较大，一般波动范围为：铝矾土熟料和粘土熟料占比为50%~60%，焦炭和碳化硅占比为15%~25%，软质粘土占比10%~15%，高温沥青占比5%~10%，添加剂占比3%~5%。其粒度组成大致为：3 mm~0.21mm占比35%~45%，＜0.21mm占比 55%~65%。添加剂有膨胀剂（一般用蓝晶石或石英砂）、润滑剂（一般用石墨或蜡石粉）及助烧剂（一般用长石类矿物）。对有水炮泥的理化性能要求：化学成分w(Al2O3)=25%~35%，w(SiO2)=35%~50%，w(C+SiC)=15%~25%。物理性能指标：体积密度（1300℃，3h）1.6~1.85g/cm3，显气孔率（1300℃，3h）30%~35%，耐压强度（1300℃，3h）3.5 MPa ~5.6MPa，烧后线MPa。
无水炮泥是用焦油—沥青或树脂为结合剂的炮泥。其不加水，并在原料纯度方面有些提高，如用档次较高的高铝矾土熟料以及刚玉等。
焦油—沥青结合炮泥：焦油与沥青可分开加入，也可先将沥青熔化与焦油混合调制成混合结合剂加入炮泥中，湿混练成具有一定塑性的泥料。液状焦油—沥青结合剂的技术性能一般要求为：恩氏粘度14~16，密度1~1.2g/cm3，固定碳17%~18%。焦油—沥青加入量18%~23%，加入量大，有利于马夏值降低，提高作业性能，但其他理化指标可能降低。炮泥的不同骨料其性能指标见表1。
树脂结合炮泥：现代大型高炉多用树脂结合炮泥。其档次较高，由电熔刚玉（多为棕刚玉）、碳化硅、石墨、软质粘土、沥青、焦炭粉和添加剂（包括氮化硅或氮化硅铁）组成。其树脂为液状酚醛树脂加乌洛托品等硬化剂，也可以用液态甲阶酚醛树脂，或二者的混合物为结合剂。树脂的平均分子质量对炮泥的硬化速度有显著影响，平均分子质量越大，硬化速度越快，进而影响挤压作业。适合炮泥用酚醛树脂，通常为淡棕色透明液体，粘度30 Pa·S ~50Pa·S(5℃~25℃)，体积密度为（25℃时）1.21g/cm3，游离酚小于5%，游离甲醛小于0.9%，水分小于1.0%，固定碳占比40%~45%。
有人用棕刚玉作骨料，焦炭、碳化硅、SiO2微粉、α-Al2O3微粉作细粉，加入氮化硅铁细粉、焦油和树脂混合结合剂，其配料比见表2。
从表2中看出：随着氮化硅铁加入量增加，炮泥强度增大，侵蚀指数降低，含氮化硅铁10%时最好，再进一步增加氮化硅铁加入量，则炮泥强度下降，侵蚀指数增大。某大型高炉用无水炮泥的配料见表3。
从表4中看出：500℃、800℃中温强度降低，主要是沥青焦油的变化，800℃前没有烧结，失去结构水，造成结构疏松，强度降低；1100℃后强度明显提高，1400℃更有所提高，主要是氮化硅铁、粘土、绢云母等原料组分发生化学反应，生成新物相，互相交织在一起，使强度提高。有人研究在炮泥中添加金属Al粉和Si粉，能提高炮泥的强度，尤其Si：Al质量比为4：1时效果更好。
为了保护自然环境，目前都在研究环保型炮泥。其中有关公司为韩国5250m3高炉生产的RF4系列环保型炮泥，采用4种不同粘度的树脂系环保结合剂，使用效果较好，其理化性能指标如表5。
RF4系列炮泥可以任何比例混合，过渡期间两种炮泥配比可以由前一种为主慢慢地过渡到后一种为主，避免因更换炮泥牌号而影响铁口的稳定性。
RF4系列炮泥在开口过程中无黑烟，无潮口现象，而且在其开口出铁过程中不喷溅，铁口深度变化不大。尤其正常期炮泥改善配方RF4-4平均出铁时间200min以上，日平均出铁7.5次，连续20天炮泥平均单耗0.26kg/t铁。
某公司开发了碱性无水炮泥。其组成为：氧化镁25%~60%，轻烧氧化镁8%~15%，焦炭12%~15%，有时还加入电熔刚玉和碳化硅。用改性酚醛树脂作结合剂，用量15%~20%。这种炮泥的显气孔率25%~32%，1450℃高温抗折强度3.2 MPa ~4.5MPa。
某公司开发了SiO2质炮泥，硅质料含量达到64%~68%，无烟煤12.8%，焦油16.6%，加热至1250℃，2h后耐压强度4.08MPa。我国几家炼铁厂炮泥配方如表6。
其工艺流程为：准确配料—顺序搅拌—加油碾压—合格铁口炮泥—入库保存—使用。炮泥的马夏值控制很重要，马夏值增加过快，炉前开口困难，作业难度加大，影响出渣、铁作业。马夏值与高炉产量的关系见表7。
对于大型高炉，铁口炮泥应该有适度的可塑性，方便炉前操作；气孔率适宜，便于排出水分和气体；体积稳定性高，避免产生裂纹渗漏铁水和煤气；烧结性能好，强度高，耐火度高，耐铁水和熔渣的冲刷和侵蚀；开口性能好，开口机容易钻孔；同时炮泥对环境污染要小。
宝钢无水炮泥的性能指标：w(SiC)=10.7%，w(Ni3N4)=4.36%，显气孔率由30.3%降低到24.7%~21.5%，体积密度由1.98g/cm3提高到2.50~2.74g/cm3，抗折强度由0.41MPa提高到5MPa，耐压强度由6.2MPa提高到18MPa左右。
炮泥中焦油或蒽油、沥青中含有致癌物质苯并芘的浓度达到上万个ppm，环保结合剂的苯并芘含量能够更好的降低到500ppm以下。按欧盟环保标准：炮泥采用环保型酚醛树脂苯并芘含量小于0.05μg/kg，不冒黄烟。
国内有的铁厂采用德国产的结合剂T60，环保性能可达欧洲标准（欧洲第三代炮泥苯并芘含量要小于300ppm），T60的原料仍然是煤焦油、石油焦油类物质。据权威人士推测，应该是通过不一样的温度下的馏分处理，加上改性提纯后的沥青熔融混合的结果，固体成分含量大，粘度高，炮泥挤出泥条均匀，不易断，收缩小。
据悉，武钢开发出新型环保炮泥，采用环保系列的非酚醛树脂类结合剂，生产的环保型炮泥强度高，开口过程与打炮过程不产生黑色和黄色有害人体健康的烟雾。高强度环保结合剂主要有两方面改进，一是采用环保结合剂；二是采用能替代沥青的物质作为固体结合剂，其关键是环保指标苯并芘含量仅为0.00333%（质量分数），比欧洲标准0.005%还低三分之一。通过气相色谱一质谱法测炮泥中苯并芘含量，总离子流图比较，焦油结合剂和蒽油结合剂存在苯并芘物质的色谱峰，而环保型结合剂没析出苯并芘。
近年来，日本某公司研究人员考察了添加Al2O3微粉对炮泥长时间加热后物理性能及抗侵蚀性的影响。无论是以碳化硅为主的炮泥，还是以氮化硅铁为主的炮泥，添加Al2O3微粉可以大大降低炮泥热处理后的质量损失，提高常温强度，改善炮泥的抗侵蚀性，提高高炉内部的炮泥沉积层长时间经受高温环境下的耐用性。
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