高炉铁口炮泥的现状与发展

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1、高炉铁口炮泥的现状与发展摘 要 阐述了国内外高炉铁口炮泥的发展状况，分析了铁口炮泥的侵蚀机理，指出原料、结合剂、 生产工艺和外加剂是影响铁口炮泥质量的主要因素，并针对有水炮泥和无水炮泥的利弊，提出了改 进措施。关键词 铁口炮泥 损毁机理 发展 改进近年来，不同容积高炉如雨后春笋般竖起，争相采用高风压、高顶压、高冶强、大 风量、富氧大喷吹等新技术。中小型高炉在强化冶炼后，日出铁次数增加，绝大部分已 由 12 次 /日增加到 15 次 /日，有的已增加到 18 次 / 日，并取消了放上渣工艺；大型高炉 也因其通铁量大， 对铁口炮泥质量的要求越来越高。 总体上讲， 高炉铁口用炮泥堵上时， 出铁通道内

2、要填充满炮泥，并在炉缸内形成泥包，使铁口维持足够的深度；出铁时要求 炮泥维持稳定的孔径， 出铁均匀；出完铁后，要尽量避免大量焦炭和半熔融的粘液喷出。 每天高炉的出铁口都要反复多次被打开和充填， 炽热的铁水和渣液对铁口炮泥产生物理 和化学侵蚀。如果炮泥质量差，使用时就会出现潮铁口、浅铁口、断铁口、跑大流、减 压、放风、烧坏炉前设备等一系列问题， 影响正常生产， 甚至造成人身伤害事故。 因此， 要求铁口炮泥应具有下列性能：可塑性和粘结性好，容易挤进并填满铁口通道；气 孔率适宜，便于干燥时排出水分和气体；高温体积收缩小，可避免产生裂纹；烧结 性能好，强度高， 耐冲刷和耐侵蚀； 开口性能良好， 开口机

3、钻口容易； 环境污染小； 具有高耐火度。1 高炉铁口炮泥的现状1.1 国内现状近年来由于精料水平提高，渣量减少，再加上放上渣易损坏渣口小套，发生事故较 多，许多炼铁厂已停止放上渣操作，所有渣铁溶液全部从铁口排出，而且日出铁次数均 有不同程度增多。堵铁口所用炮泥大部分是有水炮泥，是以焦粉、粘土、矾土熟料、碳 化硅、绢云母、焦油沥清为主要原料，加水搅拌碾压而成。这种炮泥一般体积密度小， 烧结性能差，烧结收缩率高，易产生裂纹，耐渣铁侵蚀性差，铁口通道容易扩大，出铁 期间炽热的焦炭易喷出，出不净铁，堵不住铁口，影响高炉正常生产。为维护好铁口， 有的采取了加大打泥量，出铁前钻进一定深度烘烤，用小直径钻头

4、钻开等办法，但由于 没有从根本上找出解决问题的办法，效果不理想。我国的大型高炉一般只设 1 个事故渣口和 14个铁口，铁口每天排出的渣铁量很多。 要满足大型高炉对铁口炮泥的质量要求，必须采用无水炮泥。无水炮泥一般由刚玉、碳 化硅结合氮化硅、 焦粉、优质结合粘土等为主要原料， 同时配加不同的外加剂， 用蒽油、 洗油、焦油作结合剂。这种炮泥由于采用了优质高纯原料，并以碳质原料为结合剂，其 耐渣侵蚀性能良好，可使铁口出铁时间延长，降低出铁次数，但因存在其配料严格，打 泥压力高，成本高，开铁口困难，单次打泥量大 （中小型高炉每次打泥量为 5070 kg， 大型高炉为400500 kg）,污染环境等一系

5、列问题，给生产使用带来不利影响。1.2 国外现状国外各主要产铁国家对铁口炮泥的质量都十分重视，有专门的研究机构，如日本的 川崎、新日铁，乌克兰的耐火材料研究所，美国的伯利恒公司，均设有堵铁口炮泥技术 小组。目前，它们主要是以无水炮泥为主，起初的无水炮泥都是用焦油作结合剂，但焦 油在使用中会产生烟雾，恶化工作环境，影响职工身心健康，日本、美国和欧洲等国， 研制出了以树脂为结合剂的无水铁口炮泥， 这种炮泥不仅消除了用焦油作结合剂产生的 环境污染， 而且能快速硬化， 炮泥单耗降低 （如日本千叶 4500 m3 高炉吨铁炮泥消耗只有 0.25 kg/t），大大提高了无水炮泥的性能。除对结合剂方面进行改

6、进外，日本新日铁还开 发了碱性无水铁口炮泥，其组成如下：氧化镁 25% 60%，轻烧氧化镁 8% 15%，焦 炭 12% 15%，有时还加入电熔氧化铝和碳化硅，采用改性酚醛树脂作结合剂，用量为 15% 20%。这种炮泥的显气孔率为 25% 32%, 1450C高温抗折强度为3. 2 4.5MPa, 在顶压达到0.15 MPa的3800m3高炉上试用获得了良好的使用效果。 英国还先后开发了 SiO2炮泥，硅质料含量达到了 64% 68%,无烟煤为12.8%,焦油16.6%,加热至1250C, 2h后耐压强度达4.08 MPa。为解决无水炮泥开铁口困难的问题 日本于1985年开发出 了插棒法开铁口

7、,取得了较好的使用效果。2 高炉铁口炮泥的侵蚀机理2.1 热机械作用侵蚀出铁时,铁口通道被打开,炽热的铁水和熔渣从铁口涌出,使铁口炮泥承受 1480 1600C的高温侵蚀。当铁、渣出完煤气导出时，重新用铁口炮泥堵铁口，旧炮泥接触新 炮泥，温度突然下降至180200r。这样反复作用，在旧铁口炮泥套内部产生巨大的热 应力，易造成以铁口为圆心的圆弧形微裂纹；新炮泥在干燥和烧结过程中，水分或其他 结合剂蒸发和挥发，留下大量的气孔，在新旧炮泥的接触面上，也会由于新炮泥的烧结 收缩产生缝隙。这样就使得熔融液体易渗入这些缝隙之中，当下次铁口打开时，在熔流 强烈的冲刷下，使炮泥脱落。新堵塞的铁口炮泥，受铁口内

8、外温度的作用，使炮泥烧结 速率不等，在铁口炮泥内产生热应力，出现微裂纹。若裂纹扩展到整个铁口截面，就会 发生断铁口现象。另外，铁口打开后，由于高炉内外压差变化，铁渣溶液迅速涌出，机 械冲刷相当严重。2.2 热化学侵蚀炮泥中含有十几种杂质， 主要有 Fe2O3、 CaO、 Na2O、 K2O、 MgO 、 SnO、 ZnO、 Fe2S 等，高炉熔渣中也含有多种成分， 如 SiO2、 CaO、 Al 2O3、 MgO、 MnO、 FeO、 CaS、 CaF2 等，出铁期间，铁口炮泥与熔渣长时间接触，易发生化学反应，降低其熔点，产生化学侵蚀。主要化学反应有：2CO2 = 2CO( 1.1)C +O2

9、 = CO2( 1.2)C +CO2 = 2CO( 1.3)CaO +Al2O3 = CaOAl 2O3( 1.4)CaO-Al 2O3 +2CaO = 3CaOAl 2O3( 1.5)2CaO +Al 2O3 + SiO2 = 2CaOAl 2O3 SiO2( 1.6)7CaO A12O3 + 5CaO = 12CaO A12O3( 1.7)FeO +Al2O3 = FeOAl2O3( 1.8)2FeO +SiO2 = 2FeO SiO2( 1.9)2FeO + 2Al2O3SiO2 = 2FeO2Al2O3 SiO2( 1.10)MnO+ SiO2= MnO SiO2( 1.11)2MnO

10、+SiO2 = 2MnO SiO2( 1.12)3MnO+Al 2O3 + 3SiO2 = 3MnO Al2O3 3SiO2( 1.13)2MnO+2Al 2O3+ 5SiO2 = 2MnO 2Al2O3 5SiO2( 1.14)这些反应中，2FeOSiO2 （铁橄榄石）的熔点只有1178C, 2FeO2Al2O3 SiO2的熔点只有1083C, MnO SiO2的熔点为1291C, 2MnO SiO2的熔点为1345E，熔点均低于 1300 r，在出铁期间，会随着铁渣溶液的冲刷及温升转变成渣液而流失，出现铁口通径 扩大,跑大流,影响炉前安全。3 铁口炮泥的生产工艺3.1 铁口炮泥的主要原材料

11、(1) 焦 炭 焦炭的特点是气孔率高，导热性及导电性好，荷重变形温度高，抗渣、抗热震性稳 定，使铁口保持还原气氛，对碳化硅、碳化网络、碳素材料起保护作用。焦炭是铁口炮 泥的主要原料之一。(2) 碳 化 硅工业用碳化硅由人工合成，密度在 3.17 3.37 g/cm3，高纯度的碳化硅明净如镜， 含杂质的呈现不同颜色，在无氧气氛中，SiC小于2600C稳定。并具有高导热率、耐磨 性、高温强度、热膨胀系数小、热震稳定性好等优点，作为铁口炮泥的原料，可改善其 抗熔渣侵蚀和抗冲刷能力。(3) 刚 玉 粉刚玉体积密度3.954.18g/cm3，熔点高于2050C，化学性质稳定，耐渣铁侵蚀性 好，是优质耐火

12、原料，在铁口炮泥中常作粉料使用。(4) 高铝骨料 在堵铁口炮泥中，高铝骨料起骨架作用，属致密质耐火颗粒原料。粒径在 3mm 左右，其化学成分要求 Al 2O3 80% Fe3O4 2.0% MgO+CaO 0.5%、吸水率w 5% 耐火度 达到1770C，堵铁口炮泥的强度并不取决于骨料粒径的增大， 相反，在保证一定的塑性 前提下，粒径越小越好，所以较小粒径的高铝骨料应适度增加为好。(5) 沥 青 沥青有焦油沥青和石油沥青，它们作为含碳的有机结合剂，可随温度升高而缩聚碳化，形成碳化网络，提高炮泥的高温强度和湿润角。除以上原料外，许多厂家配制的铁口炮泥中，还加有云母、蓝晶石以及氮化物等， 用于改善

13、铁口炮泥的性能。3.2 生产工艺流程铁口炮泥各种原料，应由供应厂家破、粉碎后提供给碾泥机，一般情况下，碾泥机 只起碾压成品铁口炮泥作用，不能用于破、粉碎。所有原料要根据碾制时混合程度不同 分先后顺序加入， 碾压时间可根据高炉炉容不同按 10 30mm 控制，碾压时的环境温度 最好在10 30C范围内进行。碾制好的成品铁口炮泥，可根据有水和无水的区别，分别 存放于室温和暖房内，困泥时间一般为24h。工艺流程为：准确配料-顺序搅拌-加 水或加油碾压合格铁口炮泥入库保存维护使用。4 高炉铁口炮泥的发展4.1 无水铁口炮泥的发展(1) 无水铁口炮泥一般以焦油或蒽油作结合剂，环保型的无水铁口炮泥所用结合

14、剂 已改换成了酚醛树脂或改性酚醛树脂， 这种结合剂对各种原料中的水分也没有了特别严 格的控制标准。由于树脂相对于焦油来说，易与水结合，在加热时能蒸发和固化，可减 少因水分含量高影响使用效果的问题。(2) 铁口炮泥的原料化学成分，正在向高纯度、杂质含量低、碳质和碱性化方向发 展。杂质含量高，易使铁口炮泥在使用过程中形成低熔点化合物，降低了铁口炮泥的高 温强度。就近期来看，采用高纯度刚玉质无水炮泥，可使抗渣侵蚀性能显著提高。未来 几年，特别是特大型高炉强化冶炼后，对无水铁口炮泥的要求会进一步提高，氧化镁质 碱性铁口炮泥将可能在特大型高炉上发展，这种无水铁口炮泥耐火度高，与高炉熔渣很 少反应，不但可

15、延长出铁时间，而且可降低铁口炮泥单耗。(3) 原料的粒度组成也是影响无水铁口炮泥质量的一个主要因素。研究认为：组成 中增加粗颗粒，可降低铁口炮泥的挤出压力，作业性好，加热后气孔率低，但粗颗粒超 过一定比例，则出现相反的情况，这与气孔率会增高，烧结性能变差有关。目前其配料 正向细粉增多的方向发展， 特别是超微粉的出现， 有助于提高无水铁口炮泥的烧结性能。(4) 提高无水铁口炮泥的体积稳定性，也是诸研究者的重要内容，为提高其体积稳 定性，或者使其略有热膨胀，增加氮化硅、氮化硅结合碳化硅、蓝晶石、氮化硅铁、铝 粉等高品质材料是很有必要的，这些原料，既可提高体积密度、自润滑性、耐炉渣酸碱 波动，又可增

16、大导热系数，改善烧结性能，强化基质，防止炉渣侵入，减少摩擦。4.2 有水铁口炮泥的发展有水铁口炮泥常作为中小型高炉单铁口出铁使用。 为改善有水铁口炮泥质量 ,诸多厂 家均采用了外加剂的形式，其加入与否对炮泥质量有极大影响。为满足炼铁高炉需要， 试验了不同外加剂，常见的有烧结剂、抗蚀剂、发气剂、膨胀剂、润滑剂等。中小型高炉，大部分都采用了单铁口日出铁 15 18次的工艺，这与传统的 10 12 次/d相比，不单是次数增加的问题，而是高炉强化冶炼指标优化的结果。有水铁口炮泥 的发展也正像无水铁口炮泥的发展一样，正在向高纯度、高碳元素含量方向发展。未来 几年，减少铁口炮泥的水分含量，降低烧结气孔率，

17、提高致密度，改善低温烧结性能和 高温耐磨强度，是努力的方向。从有水铁口炮泥的配比设计到生产过程，再到保存使用，每一个过程都对铁口炮泥 的质量有着重要影响。配比方案首先要求计量准确。碾压时间与装料顺序、碾泥机型号 有关，改进碾泥机碾制效果，采用计算机配料，改善作业环境，已成为现代企业以人为 本的具体表现。将有水铁口炮泥的保存温度控制在 10 25C是稳定其性能的重要因素， 为此要有专门存放有水铁口炮泥的温度控制室。由于高炉日出铁次数增加，铁口炮泥水分含量减少，打泥压力需要进一步提高，泥 炮下身要有冷却水装置保护，防止泥缸内的泥料结硬。打泥量要稳定，打泥进度要与炉 顶压力匹配。开铁口时，旋转钻头要从铁口泥包中心钻进，以避免泥包被破坏。结合中小型高炉生产实际 ,有水铁口炮泥所用原料 ,来源更广泛 ,更合理 ,如冶金焦可 用筛下焦粉替代，甚至可用部分无烟煤替代。骨料可用含杂质少的粘土熟料配加，要适 量增加高纯度抗渣侵蚀能力强的耐火材料，如氮化硅、碳化硅、刚玉粉等。