高爐鐵口炮泥的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、高爐鐵口炮泥的現(xiàn)狀與發(fā)展摘 要 闡述了國(guó)內(nèi)外高爐鐵口炮泥的發(fā)展?fàn)顩r，分析了鐵口炮泥的侵蝕機(jī)理，指出原料、結(jié)合劑、 生產(chǎn)工藝和外加劑是影響鐵口炮泥質(zhì)量的主要因素，并針對(duì)有水炮泥和無(wú)水炮泥的利弊，提出了改 進(jìn)措施。關(guān)鍵詞 鐵口炮泥 損毀機(jī)理 發(fā)展 改進(jìn)近年來(lái)，不同容積高爐如雨后春筍般豎起，爭(zhēng)相采用高風(fēng)壓、高頂壓、高冶強(qiáng)、大 風(fēng)量、富氧大噴吹等新技術(shù)。中小型高爐在強(qiáng)化冶煉后，日出鐵次數(shù)增加，絕大部分已 由 12 次 /日增加到 15 次 /日，有的已增加到 18 次 / 日，并取消了放上渣工藝；大型高爐 也因其通鐵量大， 對(duì)鐵口炮泥質(zhì)量的要求越來(lái)越高。 總體上講， 高爐鐵口用炮泥堵上時(shí)， 出鐵通道內(nèi)

2、要填充滿炮泥，并在爐缸內(nèi)形成泥包，使鐵口維持足夠的深度；出鐵時(shí)要求 炮泥維持穩(wěn)定的孔徑， 出鐵均勻；出完鐵后，要盡量避免大量焦炭和半熔融的粘液噴出。 每天高爐的出鐵口都要反復(fù)多次被打開(kāi)和充填， 熾熱的鐵水和渣液對(duì)鐵口炮泥產(chǎn)生物理 和化學(xué)侵蝕。如果炮泥質(zhì)量差，使用時(shí)就會(huì)出現(xiàn)潮鐵口、淺鐵口、斷鐵口、跑大流、減 壓、放風(fēng)、燒壞爐前設(shè)備等一系列問(wèn)題， 影響正常生產(chǎn)， 甚至造成人身傷害事故。 因此， 要求鐵口炮泥應(yīng)具有下列性能：可塑性和粘結(jié)性好，容易擠進(jìn)并填滿鐵口通道；氣 孔率適宜，便于干燥時(shí)排出水分和氣體；高溫體積收縮小，可避免產(chǎn)生裂紋；燒結(jié) 性能好，強(qiáng)度高， 耐沖刷和耐侵蝕； 開(kāi)口性能良好， 開(kāi)口機(jī)

3、鉆口容易； 環(huán)境污染??； 具有高耐火度。1 高爐鐵口炮泥的現(xiàn)狀1.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀近年來(lái)由于精料水平提高，渣量減少，再加上放上渣易損壞渣口小套，發(fā)生事故較 多，許多煉鐵廠已停止放上渣操作，所有渣鐵溶液全部從鐵口排出，而且日出鐵次數(shù)均 有不同程度增多。堵鐵口所用炮泥大部分是有水炮泥，是以焦粉、粘土、礬土熟料、碳 化硅、絹云母、焦油瀝清為主要原料，加水?dāng)嚢枘雺憾?。這種炮泥一般體積密度小， 燒結(jié)性能差，燒結(jié)收縮率高，易產(chǎn)生裂紋，耐渣鐵侵蝕性差，鐵口通道容易擴(kuò)大，出鐵 期間熾熱的焦炭易噴出，出不凈鐵，堵不住鐵口，影響高爐正常生產(chǎn)。為維護(hù)好鐵口， 有的采取了加大打泥量，出鐵前鉆進(jìn)一定深度烘烤，用小直徑鉆頭

4、鉆開(kāi)等辦法，但由于 沒(méi)有從根本上找出解決問(wèn)題的辦法，效果不理想。我國(guó)的大型高爐一般只設(shè) 1 個(gè)事故渣口和 14個(gè)鐵口，鐵口每天排出的渣鐵量很多。 要滿足大型高爐對(duì)鐵口炮泥的質(zhì)量要求，必須采用無(wú)水炮泥。無(wú)水炮泥一般由剛玉、碳 化硅結(jié)合氮化硅、 焦粉、優(yōu)質(zhì)結(jié)合粘土等為主要原料， 同時(shí)配加不同的外加劑， 用蒽油、 洗油、焦油作結(jié)合劑。這種炮泥由于采用了優(yōu)質(zhì)高純?cè)?，并以碳質(zhì)原料為結(jié)合劑，其 耐渣侵蝕性能良好，可使鐵口出鐵時(shí)間延長(zhǎng)，降低出鐵次數(shù)，但因存在其配料嚴(yán)格，打 泥壓力高，成本高，開(kāi)鐵口困難，單次打泥量大 （中小型高爐每次打泥量為 5070 kg， 大型高爐為400500 kg）,污染環(huán)境等一系

5、列問(wèn)題，給生產(chǎn)使用帶來(lái)不利影響。1.2 國(guó)外現(xiàn)狀國(guó)外各主要產(chǎn)鐵國(guó)家對(duì)鐵口炮泥的質(zhì)量都十分重視，有專門(mén)的研究機(jī)構(gòu)，如日本的 川崎、新日鐵，烏克蘭的耐火材料研究所，美國(guó)的伯利恒公司，均設(shè)有堵鐵口炮泥技術(shù) 小組。目前，它們主要是以無(wú)水炮泥為主，起初的無(wú)水炮泥都是用焦油作結(jié)合劑，但焦 油在使用中會(huì)產(chǎn)生煙霧，惡化工作環(huán)境，影響職工身心健康，日本、美國(guó)和歐洲等國(guó)， 研制出了以樹(shù)脂為結(jié)合劑的無(wú)水鐵口炮泥， 這種炮泥不僅消除了用焦油作結(jié)合劑產(chǎn)生的 環(huán)境污染， 而且能快速硬化， 炮泥單耗降低 （如日本千葉 4500 m3 高爐噸鐵炮泥消耗只有 0.25 kg/t），大大提高了無(wú)水炮泥的性能。除對(duì)結(jié)合劑方面進(jìn)行改

6、進(jìn)外，日本新日鐵還開(kāi) 發(fā)了堿性無(wú)水鐵口炮泥，其組成如下：氧化鎂 25% 60%，輕燒氧化鎂 8% 15%，焦 炭 12% 15%，有時(shí)還加入電熔氧化鋁和碳化硅，采用改性酚醛樹(shù)脂作結(jié)合劑，用量為 15% 20%。這種炮泥的顯氣孔率為 25% 32%, 1450C高溫抗折強(qiáng)度為3. 2 4.5MPa, 在頂壓達(dá)到0.15 MPa的3800m3高爐上試用獲得了良好的使用效果。 英國(guó)還先后開(kāi)發(fā)了 SiO2炮泥，硅質(zhì)料含量達(dá)到了 64% 68%,無(wú)煙煤為12.8%,焦油16.6%,加熱至1250C, 2h后耐壓強(qiáng)度達(dá)4.08 MPa。為解決無(wú)水炮泥開(kāi)鐵口困難的問(wèn)題 日本于1985年開(kāi)發(fā)出 了插棒法開(kāi)鐵口

7、,取得了較好的使用效果。2 高爐鐵口炮泥的侵蝕機(jī)理2.1 熱機(jī)械作用侵蝕出鐵時(shí),鐵口通道被打開(kāi),熾熱的鐵水和熔渣從鐵口涌出,使鐵口炮泥承受 1480 1600C的高溫侵蝕。當(dāng)鐵、渣出完煤氣導(dǎo)出時(shí)，重新用鐵口炮泥堵鐵口，舊炮泥接觸新 炮泥，溫度突然下降至180200r。這樣反復(fù)作用，在舊鐵口炮泥套內(nèi)部產(chǎn)生巨大的熱 應(yīng)力，易造成以鐵口為圓心的圓弧形微裂紋；新炮泥在干燥和燒結(jié)過(guò)程中，水分或其他 結(jié)合劑蒸發(fā)和揮發(fā)，留下大量的氣孔，在新舊炮泥的接觸面上，也會(huì)由于新炮泥的燒結(jié) 收縮產(chǎn)生縫隙。這樣就使得熔融液體易滲入這些縫隙之中，當(dāng)下次鐵口打開(kāi)時(shí)，在熔流 強(qiáng)烈的沖刷下，使炮泥脫落。新堵塞的鐵口炮泥，受鐵口內(nèi)

8、外溫度的作用，使炮泥燒結(jié) 速率不等，在鐵口炮泥內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力，出現(xiàn)微裂紋。若裂紋擴(kuò)展到整個(gè)鐵口截面，就會(huì) 發(fā)生斷鐵口現(xiàn)象。另外，鐵口打開(kāi)后，由于高爐內(nèi)外壓差變化，鐵渣溶液迅速涌出，機(jī) 械沖刷相當(dāng)嚴(yán)重。2.2 熱化學(xué)侵蝕炮泥中含有十幾種雜質(zhì)， 主要有 Fe2O3、 CaO、 Na2O、 K2O、 MgO 、 SnO、 ZnO、 Fe2S 等，高爐熔渣中也含有多種成分， 如 SiO2、 CaO、 Al 2O3、 MgO、 MnO、 FeO、 CaS、 CaF2 等，出鐵期間，鐵口炮泥與熔渣長(zhǎng)時(shí)間接觸，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低其熔點(diǎn)，產(chǎn)生化學(xué)侵蝕。主要化學(xué)反應(yīng)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)這些反應(yīng)中，2FeOSiO2 （鐵橄欖石）的熔點(diǎn)只有1178C, 2FeO2Al2O3 SiO2的熔點(diǎn)只有1083C, MnO SiO2的熔點(diǎn)為1291C, 2MnO SiO2的熔點(diǎn)為1345E，熔點(diǎn)均低于 1300 r，在出鐵期間，會(huì)隨著鐵渣溶液的沖刷及溫升轉(zhuǎn)變成渣液而流失，出現(xiàn)鐵口通徑 擴(kuò)大,跑大流,影響爐前安全。3 鐵口炮泥的生產(chǎn)工藝3.1 鐵口炮泥的主要原材料

11、(1) 焦 炭 焦炭的特點(diǎn)是氣孔率高，導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性好，荷重變形溫度高，抗渣、抗熱震性穩(wěn) 定，使鐵口保持還原氣氛，對(duì)碳化硅、碳化網(wǎng)絡(luò)、碳素材料起保護(hù)作用。焦炭是鐵口炮 泥的主要原料之一。(2) 碳 化 硅工業(yè)用碳化硅由人工合成，密度在 3.17 3.37 g/cm3，高純度的碳化硅明凈如鏡， 含雜質(zhì)的呈現(xiàn)不同顏色，在無(wú)氧氣氛中，SiC小于2600C穩(wěn)定。并具有高導(dǎo)熱率、耐磨 性、高溫強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)小、熱震穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，作為鐵口炮泥的原料，可改善其 抗熔渣侵蝕和抗沖刷能力。(3) 剛 玉 粉剛玉體積密度3.954.18g/cm3，熔點(diǎn)高于2050C，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐渣鐵侵蝕性 好，是優(yōu)質(zhì)耐火

12、原料，在鐵口炮泥中常作粉料使用。(4) 高鋁骨料 在堵鐵口炮泥中，高鋁骨料起骨架作用，屬致密質(zhì)耐火顆粒原料。粒徑在 3mm 左右，其化學(xué)成分要求 Al 2O3> 80% Fe3O4< 2.0% MgO+CaO 0.5%、吸水率w 5% 耐火度 達(dá)到1770C，堵鐵口炮泥的強(qiáng)度并不取決于骨料粒徑的增大， 相反，在保證一定的塑性 前提下，粒徑越小越好，所以較小粒徑的高鋁骨料應(yīng)適度增加為好。(5) 瀝 青 瀝青有焦油瀝青和石油瀝青，它們作為含碳的有機(jī)結(jié)合劑，可隨溫度升高而縮聚碳化，形成碳化網(wǎng)絡(luò)，提高炮泥的高溫強(qiáng)度和濕潤(rùn)角。除以上原料外，許多廠家配制的鐵口炮泥中，還加有云母、藍(lán)晶石以及氮化

13、物等， 用于改善鐵口炮泥的性能。3.2 生產(chǎn)工藝流程鐵口炮泥各種原料，應(yīng)由供應(yīng)廠家破、粉碎后提供給碾泥機(jī)，一般情況下，碾泥機(jī) 只起碾壓成品鐵口炮泥作用，不能用于破、粉碎。所有原料要根據(jù)碾制時(shí)混合程度不同 分先后順序加入， 碾壓時(shí)間可根據(jù)高爐爐容不同按 10 30mm 控制，碾壓時(shí)的環(huán)境溫度 最好在10 30C范圍內(nèi)進(jìn)行。碾制好的成品鐵口炮泥，可根據(jù)有水和無(wú)水的區(qū)別，分別 存放于室溫和暖房?jī)?nèi)，困泥時(shí)間一般為24h。工藝流程為：準(zhǔn)確配料-順序攪拌-加 水或加油碾壓合格鐵口炮泥入庫(kù)保存維護(hù)使用。4 高爐鐵口炮泥的發(fā)展4.1 無(wú)水鐵口炮泥的發(fā)展(1) 無(wú)水鐵口炮泥一般以焦油或蒽油作結(jié)合劑，環(huán)保型的無(wú)水

14、鐵口炮泥所用結(jié)合劑 已改換成了酚醛樹(shù)脂或改性酚醛樹(shù)脂， 這種結(jié)合劑對(duì)各種原料中的水分也沒(méi)有了特別嚴(yán) 格的控制標(biāo)準(zhǔn)。由于樹(shù)脂相對(duì)于焦油來(lái)說(shuō)，易與水結(jié)合，在加熱時(shí)能蒸發(fā)和固化，可減 少因水分含量高影響使用效果的問(wèn)題。(2) 鐵口炮泥的原料化學(xué)成分，正在向高純度、雜質(zhì)含量低、碳質(zhì)和堿性化方向發(fā) 展。雜質(zhì)含量高，易使鐵口炮泥在使用過(guò)程中形成低熔點(diǎn)化合物，降低了鐵口炮泥的高 溫強(qiáng)度。就近期來(lái)看，采用高純度剛玉質(zhì)無(wú)水炮泥，可使抗渣侵蝕性能顯著提高。未來(lái) 幾年，特別是特大型高爐強(qiáng)化冶煉后，對(duì)無(wú)水鐵口炮泥的要求會(huì)進(jìn)一步提高，氧化鎂質(zhì) 堿性鐵口炮泥將可能在特大型高爐上發(fā)展，這種無(wú)水鐵口炮泥耐火度高，與高爐熔渣很

15、 少反應(yīng)，不但可延長(zhǎng)出鐵時(shí)間，而且可降低鐵口炮泥單耗。(3) 原料的粒度組成也是影響無(wú)水鐵口炮泥質(zhì)量的一個(gè)主要因素。研究認(rèn)為：組成 中增加粗顆粒，可降低鐵口炮泥的擠出壓力，作業(yè)性好，加熱后氣孔率低，但粗顆粒超 過(guò)一定比例，則出現(xiàn)相反的情況，這與氣孔率會(huì)增高，燒結(jié)性能變差有關(guān)。目前其配料 正向細(xì)粉增多的方向發(fā)展， 特別是超微粉的出現(xiàn)， 有助于提高無(wú)水鐵口炮泥的燒結(jié)性能。(4) 提高無(wú)水鐵口炮泥的體積穩(wěn)定性，也是諸研究者的重要內(nèi)容，為提高其體積穩(wěn) 定性，或者使其略有熱膨脹，增加氮化硅、氮化硅結(jié)合碳化硅、藍(lán)晶石、氮化硅鐵、鋁 粉等高品質(zhì)材料是很有必要的，這些原料，既可提高體積密度、自潤(rùn)滑性、耐爐渣酸

16、堿 波動(dòng)，又可增大導(dǎo)熱系數(shù)，改善燒結(jié)性能，強(qiáng)化基質(zhì)，防止?fàn)t渣侵入，減少摩擦。4.2 有水鐵口炮泥的發(fā)展有水鐵口炮泥常作為中小型高爐單鐵口出鐵使用。 為改善有水鐵口炮泥質(zhì)量 ,諸多廠 家均采用了外加劑的形式，其加入與否對(duì)炮泥質(zhì)量有極大影響。為滿足煉鐵高爐需要， 試驗(yàn)了不同外加劑，常見(jiàn)的有燒結(jié)劑、抗蝕劑、發(fā)氣劑、膨脹劑、潤(rùn)滑劑等。中小型高爐，大部分都采用了單鐵口日出鐵 15 18次的工藝，這與傳統(tǒng)的 10 12 次/d相比，不單是次數(shù)增加的問(wèn)題，而是高爐強(qiáng)化冶煉指標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果。有水鐵口炮泥 的發(fā)展也正像無(wú)水鐵口炮泥的發(fā)展一樣，正在向高純度、高碳元素含量方向發(fā)展。未來(lái) 幾年，減少鐵口炮泥的水分含量，降低燒結(jié)氣孔率，提高致密度，改善低溫?zé)Y(jié)性能和 高溫耐磨強(qiáng)度，是努力的方向。從有水鐵口炮泥的配比設(shè)計(jì)到生產(chǎn)過(guò)程，再到保存使用，每一個(gè)過(guò)程都對(duì)鐵口炮泥 的質(zhì)量有著重要影響。配比方案首先要求計(jì)量準(zhǔn)確。碾壓時(shí)間與裝料順序、碾泥機(jī)型號(hào) 有關(guān)，改進(jìn)碾泥機(jī)碾制效果，采用計(jì)算機(jī)配料，改善作業(yè)環(huán)境，已成為現(xiàn)代企業(yè)以人為 本的具體表現(xiàn)。將有水鐵口炮泥的保存溫度控制在 10 2