目前國內(nèi)高爐炮泥種類繁多,，根據(jù)高爐爐容,、生產(chǎn)指標和出鐵制度的不同,，在成分,、性能上有很大的不同。高爐炮泥都有哪些分類,？炮泥的性能指標如何要求,？炮泥出現(xiàn)的問題主要有哪些？炮泥的生產(chǎn)流程是什么樣的,？小編帶你詳細了解,。如您需要下載原文，請關注“鋼鐵精英”并回復“炮泥1”下載,。如您希望加入“鋼鐵精英群”討論實時熱點技術問題或者實際生產(chǎn)問題,，請加小編微信：xie215727208。

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1 概述

高爐炮泥是用于封堵高爐出鐵口的一種可塑性耐火材料,，高爐出鐵口每天都要重復多次打開和封堵。

出鐵時,，熾熱的鐵水和熔渣流經(jīng)出鐵口,，對炮泥產(chǎn)生物理化學反應和沖刷作用;出鐵結束時，用泥炮將新炮泥壓入出鐵孔道,，封住出鐵口,，防止鐵水和熔渣流出，具有保護鐵口區(qū)爐墻和爐底的作用,。在高爐爐前出鐵作業(yè)中,，炮泥的功能如同閥門，要求炮泥維持出鐵口孔道直徑穩(wěn)定,，出鐵速度均勻,。

(1)易開口:需要出鐵時，最終出盡渣鐵,。因此,，炮泥必須具備良好的作業(yè)性能:出鐵口內(nèi)的炮泥能比較容易被鉆通，以便及時出鐵,，爐爐前出鐵作業(yè)的順利進行,，減輕爐前操作工人的勞動強度;

(2)易封堵:確保高出鐵過程結束后,，應在短時間內(nèi)將出鐵口堵上，確保足夠的打泥量,，保持穩(wěn)定的鐵口深度;

(3)良好的塑性:當炮泥堵住鐵口時,，炮泥應均勻地充滿出鐵口孔道，并在孔道內(nèi)成型;

(4)良好的粘合性:打入出鐵口的新炮泥與孔內(nèi)的舊炮泥有良好的粘合性,，確保新,、舊炮泥形成整體，防止因粘合不良產(chǎn)生縫隙引起滲鐵,、滲渣,，影響再次開鐵口;

(5)良好的燒結性:要求打入出鐵口內(nèi)的炮泥在低溫、中溫,、高溫三個溫度階段都能達到不同程度的燒結,，及時封堵鐵口，同時在爐缸內(nèi)形成足夠大的泥包,，起到保護缸內(nèi)襯磚的作用,。

近年來，隨著高爐向長壽命,、強化冶煉和大型化方向發(fā)展,，炮泥的材質和質量不斷地改進和提高。炮泥材料的性能對于出鐵口的維護有著非常重要的作用,，對高爐的使用壽命起著重要的決定作用,。炮泥已經(jīng)從單純的消耗性耐火材料轉向功能性耐火材料。

圖 開爐前鐵口結構

圖 正常生產(chǎn)時鐵口結構

圖 炮泥

圖 炮泥2

圖 炮泥3

2 高爐炮泥的功能要求

高爐炮泥首先要很好地封堵住出鐵口,，其次要保證出鐵時能順利打開,，并且其形成的出鐵口通道平穩(wěn)出鐵，第三要保持出鐵口有足夠的深度以保護爐缸,，任何一項功能達不到或不完善,，都有可能引發(fā)事故。因此,，對炮泥有如下要：

(1)良好的塑性,，能順利地從泥炮中推入出鐵口，填滿出鐵口通道,。

(2)具有快干,、速硬性能，在較短的時間內(nèi)硬化,，并且具有較高的強度,。

(3)開口性能好，以便出鐵口能順利打開,。

(4)耐一高溫渣鐵的沖刷和侵蝕性能好,，在出鐵過程中出鐵口通道孔徑不能因高溫鐵水的沖刷而擴大,，保證鐵水流的穩(wěn)定。

(5)體積穩(wěn)定性能好,，而且具有一定的氣孔率,，保證在堵住出鐵口通道后，在升溫過程中不會出現(xiàn)過大的收縮造成斷裂,，適宜的氣孔率使炮泥中的揮發(fā)成分能順利外逸而不出現(xiàn)裂縫,，保證鐵口密封。

(6)不產(chǎn)生環(huán)境污染,，為爐前工作創(chuàng)造良好的工作環(huán)境,。

3 高爐炮泥的種類及材料組成

炮泥可分為有水炮泥和無水炮泥。在常溫下用水做結合劑壓制而成的炮泥稱為有水炮泥;用二蔥油或煤焦油或樹脂等做結合劑制成的炮泥稱為無水炮泥,。

3.1 有水炮泥的材料組成

有水炮泥用于低壓的中小型高爐;大中型高爐只有在開爐或處理爐缸凍結等事故,、出鐵不正常等情況下，在短時期內(nèi)使用有水炮泥,。此外，有水炮泥還用來制作渣口泥套,、修補渣鐵溝流嘴和堵風口等,。最新的有水炮泥配方:30%-50%的焦粉，30%-40%的黏土粉,，10%一15%的瀝青,，5%一10%的熟料，加水10%一15%混合后在碾泥機上碾制,。

為了適應高爐強化冶煉及不同爐況的要求,，還添加碳化硅(S1C、藍晶石  (A1203·Si02,，含A1203: 62. 92 %,，Si0237.08%)和絹云母(K2O+Na2O :  3%-7%}, Si02: 71%一77 % , Al203:  14%-18%)等。

3.2 無水炮泥的材料組成

無水炮泥用于頂壓較高,，冶煉強度較高的大,、中型高爐。無水炮泥在出鐵口孔道內(nèi)具有無潮濕現(xiàn)象,、強度高,、鐵口深度穩(wěn)定、出鐵過程中孔徑變化小,、不會造成跑大流等特點,。

其配方:20 % -40%的焦粉，20%左右的黏土粉,，10%左右的瀝青,，10% -20%的棕剛玉,，10%的碳化硅，5%-7%的絹云母,，13%一14%的結合劑,。結合劑有二蔥油、煤焦油和樹脂等

無水炮泥的配方中焦粉量,、瀝青和棕剛玉的量隨著高爐爐容,、頂壓和強化程度而變化:爐容越大，頂壓越高,，強化程度越大,，焦粉含量越低，瀝青和棕剛玉的含量越多,。

有水炮泥和無水炮泥在材料配比上均以焦粉為主,，炭素質成分占50%以上。炮泥中加入炭素質可以使炮泥具有良好的抗渣性和體積穩(wěn)定性;炭素材料具有迅速干燥的能力:有利于炮泥中水分的迅速蒸發(fā),，避免出鐵口潮濕,。

表 有水炮泥和無水炮泥的性能指標

表 樹脂型和焦油型無水炮泥的比較

3.3 大型高爐炮泥使用

在大型高爐上，無水炮泥是不二的選擇,。這是因為:

(1)強度高,，而且維持高爐爐況穩(wěn)定(鐵口深度、出鐵時間波動,、全風堵口率等)具有重要的意義,，從而使高爐有增產(chǎn)的基礎。

(2)抗渣性能強,。炮泥單耗低,，一般為有水炮泥的五分之一。

(3)有一定膨脹性能,。具有合適的氣孔率和強度,，能適應超過2000m'之大型高爐使用。

4 高爐炮泥的原料組成

(1)焦粉:焦粉耐高溫,、抗渣,，透氣性較好，與渣鐵不易粘結,，能起到炮泥快速干燥的作用,，同時焦粉的氣孔率高，導熱性及導電性好,，荷重變形溫度高,，抗渣、抗熱震性穩(wěn)定，使出鐵口保持還原氣氛,，對碳化硅,、碳化網(wǎng)格、碳素材料起保護作用,。

(2)碳化硅:碳化硅是人工合成的工業(yè)產(chǎn)品,，將高純度石英砂和石油焦放入電阻爐內(nèi)，置于1600-2500℃的高溫下經(jīng)過化學反應制成,，其密度為3.17-3 . 3 7 g/cm3,，具有高導熱率、高耐一磨性和高溫強度,，熱膨脹系數(shù)小,、熱震穩(wěn)定性好，作為鐵口炮泥的原料可以改善其抗熔渣侵蝕和抗沖刷能力,。

(3)剛玉粉:剛玉的密度為3.95 -4.18g/cm3,，軟化溫度較高(> 1870℃ )熔點高于2050℃，化學性質穩(wěn)定,，耐磨性較高,，耐一渣鐵侵蝕性好，是優(yōu)質的耐火材料,。根據(jù)原料和加工方式的不同,，分為電熔棕剛玉、電熔白剛玉及燒結剛玉,，在炮泥中常做粉料使用。

(4)氮化硅:氮化硅( Si3N4)為人工合成的工業(yè)產(chǎn)品,，無天然礦物,。Si3N4與CO反應生成 Si0析出C，處于表面的Si3N與O2反應生成Si02保護膜,，有防止氧化的作用,，炮泥中加入適量的Si3N4可以提高炮泥的耐熔蝕和耐磨性能。

(5)高鋁骨料:在封堵出鐵口的炮泥中,，高鋁骨料起骨架作用,，屬致密質耐-火顆粒原料，粒徑在3 mm左右,，耐一火度達到1770℃,。在保證一定的塑性前提下，其粒徑越小越好,。

(6)黏土:黏土是由多種含水鋁硅酸鹽礦物組成的混合體,，粒度1-2μm，在潮濕狀態(tài)具有良好的塑性，是炮泥配料中不可缺少的材料,，耐火度要求高于1580℃,。

(7)耐火材料添加劑:出鐵口炮泥中還加有云母、用于改善不定性耐火材料的施工性能,，有些配制藍晶石以及氮化物等,，用于改善炮泥的性能。高爐炮泥質量優(yōu)化的重要原因在于使用了SiC,、藍晶石,、絹云母、棕剛玉等?，F(xiàn)代加入SiC是利用其耐侵蝕,、抗高溫氧化和抗熱震性能;加藍晶石是利用其高溫膨脹性控制線變化率，并且能增加炮泥的勃結強度,，提高炮泥的耐用性;加絹云母是利用其含有鉀,、鈉氧化物使燒成溫度降低，使炮泥快干,、速硬,，同時還能增加炮泥的塑性;加入棕剛玉是利用其抗化學腐蝕性。

(8)耐火材料結合劑:用于強化耐火材料結合組織,，使粉狀或粒狀耐火材料勃結起來并具有足夠的強度的物質稱為結合劑,，一般用量控制在20%以內(nèi)。隨著高爐大型化和長壽化,，炮泥己從單純的消耗性耐火材料向功能性耐火材料轉變,，不僅僅是封堵住鐵口，而且還能保護爐缸區(qū)域的爐襯,，從而延長高爐壽命,，同時也減少環(huán)境污染。包括：

a)瀝青:是炮泥的勃結劑,，增加其可塑性,，有焦油瀝青和石油瀝青，作為含碳的有機結合劑,，可隨著溫度的升高而縮聚碳化,，形成碳化網(wǎng)格，提高炮泥的高溫強度,。

b)煤焦油:現(xiàn)在的大型高爐出鐵口炮泥是用煤焦油做結合劑,。煤焦油在常溫及低溫加熱過程具有很好的浸潤、滲透和潤滑性能,，在50-100℃時能與泥料充分混煉,，保證炮泥具有良好的塑性。經(jīng)過高溫結焦形成網(wǎng)狀晶體結構，使炮泥具有較高的結構強度,。

c)酚醛樹脂:工業(yè)苯酚和甲醛在酸性和堿性催化劑作用下,，經(jīng)縮聚反應而生成的。根據(jù)受熱后變化,，大致分為甲階(可溶)酚醛樹脂和線性酚醛清漆,。酚醛樹脂具有熱硬性好、干燥強度大,、固定碳高,、與炭素為主的各種骨料結合性好的特點，與焦油和瀝青相比,，其環(huán)境污染小,。

5 炮泥的粒化性能指標要求

(1)有較高的耐火度,，要大于1650℃,；

(2)干燥后具有一定的強度和耐磨性。常溫下結構強度大于0.6MPa,，耐壓強度大于10MPa,，馬夏值(炮泥在一定溫度下一單位面積上能承受的力，單位為MPa是檢查炮泥塑性的指標,，馬夏值越大則炮泥越硬,。具有合適的馬夏值能保證炮泥在泥炮中順利推出而不發(fā)生斷裂)為0.4-0.6MPa。

(3)抗渣性能好,，吸渣荷重軟化為0.8-1.3mm

(4)在常溫條件下具有一定的可塑性,，可塑性指數(shù)為9-13。

(5)能夠迅速干燥,，體積密度應大于1.2g/cm3,，氣孔率大于25%。

(6)受熱干燥后收縮小,，保證出鐵口孔道泥套不產(chǎn)生裂紋，收縮率在0.5%一1.0%,。

(7)具有良好的抗熱震性,。

(8)不粘渣鐵，有利于保持出鐵口孔道的清潔,。

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6 國內(nèi)外高爐炮泥設計理念的差別

目前，西方國家使用的炮泥其設計理念與我國國內(nèi)有很大的差別,，所以配方也就有很大的不同,，其主要表現(xiàn)透氣性、強度、耐火度,、塑性,、環(huán)保等。

6.1 透氣性

國外炮泥透氣性好,，氣孔率較高,。這主要是因為國外炮泥采用大量的碳質和含碳化合物做材料，而國內(nèi)炮泥加大量的高鍋細粉主要成分是含量在左右,，國外炮泥不加高招細粉,，所以國外通常不會出現(xiàn)鐵口噴火箭現(xiàn)象。

6.2 強度

國內(nèi)炮泥強度高,，其理念是強度高,，抗沖刷、抗侵燭性更強,，這就導致高爐有時幵不開口,，需要用氧氣燒，甚至造成出鐵計劃被打亂,。而國外炮泥更注重的是高溫狀態(tài)下的抗化學侵蝕,，因此國外多用碳質材料。而高招質的材料高溫下很容易和,、反應,，導致泥包燒損剝裂，所以國內(nèi)炮泥經(jīng)常出現(xiàn)正常出鐵幾爐后,，鐵口深度突然掉下來,，需重新維護，其主要原因就是泥包被破壞掉了,，鐵口擴孔與此也有關系,，另外大量的高鍋質材料還會引起幵口時鐵口斷裂現(xiàn)象。

6.3 耐火度

國外炮泥耐火度比國內(nèi)的高,。國外炮泥很注重活撥金屬氧化物的控制,，如K、Na,、Ca,、Mg、Fe等元素氧化物,。而國內(nèi)除了考慮氧化鐵外,，其他的很少考慮，而且?guī)缀跛凶雠谀嗟膹S家為增快燒結速度都加入大量的云母質材料,，這些金屬氧化物使的燒結速度提高了,，但耐火度卻大幅度地下降了,，這也是泥包燒損和鐵口擴孔的另一個原因，而國外高爐都是多鐵口出鐵,，燒結速度不是問題,，因此他們在選擇黏土上，特別重視金屬氧化物的控制,，而絹云母很少超過,。

6.4 塑性

國外與國內(nèi)的差不多。相對的講國內(nèi)炮泥的塑性更好些,，因此國內(nèi)炮泥更容易打泥,，而國外泥炮推力要求更大。

6.5 環(huán)保角度

國外使用的結合劑對游離態(tài)的酷等控制較嚴,，對水分控制也很嚴,。而國內(nèi)這些年環(huán)保意識也在加強，不少炮泥生產(chǎn)廠家也在環(huán)保炮泥上下功夫,。但有些廠家為延緩高鍋材質的破壞速度,，人為地加入一些易揮發(fā)的非金屬材料，這在國外是不可想象的,，其實可以考慮加一些酸性無機鹽同樣可以解決這個的問題,。

7 無水炮泥不同溫度下的燒結狀態(tài)

500℃時，黑色物相為與基質結合緊密而且表面光滑的瀝青,。瀝青開始固化成為半焦炭狀態(tài),，中間相轉變?yōu)樘迹瑸r青通過熔融狀態(tài)由中間相不斷長大,，以液相形式碳化,，600℃時瀝青的碳化基本結束。瀝青,、焦油等液相碳化的碳因液相粘度高,，結晶難以發(fā)育，容易形成鑲嵌結構,，結晶發(fā)育好的則呈流動式結構,。

500℃

表面光滑的瀝青出現(xiàn)了多孔的焦炭，在800 0C以下主要是瀝青和結合劑(焦油)的碳化過程,。

800℃

1000-14000℃情況下,，絮狀組織是莫來石相，莫來石化反應在炮泥的基質中進行,，亦即耐火粘土、絹云母經(jīng)高溫焙燒后發(fā)生了莫來石反應,。

1000℃

1400℃

8 炮泥生產(chǎn)工藝流程

圖 炮泥生產(chǎn)工藝流程圖

從炮泥的配比設計到生產(chǎn),，再到使用前的保存,，每一過程對炮泥的質量都有影響。生產(chǎn)前要確定合理的配比,，生產(chǎn)時要嚴格按照工藝操作規(guī)程進行,，注意碾制時各種原料的加料順序。干混時間,、濕碾時間要嚴格掌握,，時間不能太短。同時控制混碾時的溫度,，炮泥馬夏值達到一定值后出料擠泥,，包裝待用。生產(chǎn)的炮泥要妥善保存,。

炮泥工藝流程主要為：準確配料→干碾→加油碾壓→性能控制→入庫保存→維護→使用,。

炮泥混碾時的溫度一般為 55～65℃。先干碾 5～10min,，然后加入結合劑后細粉碾泥,，結合劑的加入量為配方規(guī)定的 98％左右，剩余的 2％作為調(diào)整,。碾泥時間根據(jù)高爐爐容不同而不同,，一般應碾泥 35～45min 后多點取樣，測定馬夏值,，依照檢測結果,，添加焦油或干粉，需要繼續(xù)碾制 10min 左右,。每天生產(chǎn)第一批炮泥,，碾泥機比較干，結合劑的添加量要多一點,。結合劑添加量與氣溫也有一定的關系,，夏季的添加量要適當減少，冬季的添加量要適當增加,。

馬夏值的檢驗方法：從碾泥機內(nèi) 3～4 個點采集炮泥樣,，用手捏成直徑 70mm 重 500g的棒形，放入測量儀檢測,。若馬夏值合格,，進行出料準備；若馬夏值偏高,，補入微量的結合劑,，充分混煉后檢測馬夏值；若馬夏值偏低,，按比例配入適量的干料,，充分混煉后檢測馬夏值,；只有當炮泥的馬夏值符合標準規(guī)定的要求時，才能出料[11],。要使用好炮泥,，炮泥的馬夏值控制很重要。馬夏值增加過快,，爐前開口困難,，作業(yè)難度加大，影響出渣,、鐵作業(yè),。有研究表明：高爐日產(chǎn)量增加，出鐵次數(shù)增加,，炮泥的馬夏值也增加,，日產(chǎn)量>95000t的高爐，炮泥馬夏值在 0.65～0.72MPa,，日出鐵次數(shù) 12～14 次,。

9 開鐵口時炮泥切削狀態(tài)

金屬切削狀態(tài)可以分為以下幾個類型

金屬切削狀態(tài)

高溫下的炮泥切削狀態(tài)如下：切屑呈大小不均的顆粒狀,，屬于崩碎切屑,。焙燒后的炮泥具有一定的脆性，屬于脆性材料,，抗拉強度低,，在切削加工過程中,，切屑未經(jīng)塑性變形就在拉應力作用下脆斷，形成不規(guī)則的碎塊狀切屑,。焙燒的炮泥內(nèi)含有各種硬質點,，車削過程中刀具遇到炮泥內(nèi)的硬質點時，由于硬質點與炮泥基體的結合強度不高,，在刀具的擠壓作用下,，將硬質點從炮泥基體中剝離，形成大小不均的崩碎切屑,。這就要求在高溫狀態(tài)下鉆頭具有較好的強度,，降低韌性。

200℃炮泥切削

1400℃炮泥切削狀態(tài)

10 總結

目前國內(nèi)高爐炮泥種類繁多,，根據(jù)高爐爐容,、生產(chǎn)指標和出鐵制度的不同，在成分,、性能上有很大的不同,。大部分鋼鐵企業(yè)采用和炮泥廠家長期合作的方式，在改進炮泥質量,、穩(wěn)定爐況,、降低鐵前成本等方面采取深度合作和共同研發(fā)的方法,，有的是鋼鐵企業(yè)自身建立或者控股耐材廠家，如首鋼,、寶鋼等企業(yè)，有效降低成本,。在未來高爐大型化進一步提升的情況下,，高爐炮泥將會向無水炮泥、環(huán)保炮泥方向發(fā)展,。因此,，強化炮泥質量的改進將是未來煉鐵工作者的主要工作之一。

參考文獻：

（1）高爐出鐵口炮泥加工機理及開鐵口裝備研究,，楊士嶺

（2）閃速燃燒合成氮化硅鐵機理及應用研究,，李斌

（3）炮泥塑性穩(wěn)定性的改進的研究，謝威

（4）高爐炮泥中氮化物的組成與結構分析,，徐國濤

（5）大中型高爐用無水炮泥綜合評述,，李玉琴

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鋼鐵精英，是一種身份,，還是一種態(tài)度,，一種對自己負責，對他人負責,，對企業(yè)和單位負責的執(zhí)著,。

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