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高性能环保型无水炮泥的研发和应用朱厚亮1)朱遂宾1)闫光辉1)刘国威1)苗文福1)张厚兴1)刘百宽1)1)濮阳濮耐高温材料（集团）股份有限公司河南濮阳457100AbstractWith the development of iron making technology and the enhancement of environmental awareness in the world wide, the volume of blast furnace was going larger and larger, the furnace top pressure was higher and the automation of blast furnace operation has reached a greater degree. So it is very important to develop eco-friendly tap hole clay with high performance. Three functions and basic characteristics of tap hole clay for blast furnace were firstly introduced in this article, followed by the discussion of the current situation, future trend and orientation of application in large-scale blast furnaces throughout the world. Finally the focus is on the introduction of development and application of eco-friendly silica tap hole clay with high performance, which is one of the independently developed products owned by PRCO, on 5250-m3 blast furnace in Asia. Key words: environment-friendly anhydrous tap hole clay, 5250-m3 blast furnace, tap hole摘要随着全球范围内炼铁技术水平的提高和环保意识的强化，高炉容积趋向于大型化、炉顶压力逐步提高并且高炉自动化操作也达到更高程度，因此迫切需求研发环保型高性能无水炮泥。
综述高炉用环保无水炮泥的研制随着重钢的环保搬迁，高炉由原来的最大1350m3增至2500m3，新区高炉朝大型化、高效长寿和环保方向发展，并采用高风温、高顶压、富氧等强化冶炼技术，使高炉工作条件日益苛刻，对高炉铁口炮泥质量要求越来越高，老区高炉用的有水炮泥已无法满足新区高炉的使用要求。
本文介绍了重钢新区2500m3高炉用环保无水炮泥的研发过程，现该产品已成功用于重钢新区1#、2#、3#三座2500m3高炉，取得了满意的使用效果。
1 炮泥损毁机理及性能高炉炮泥用于堵塞高炉出铁口，高炉不出铁渣溶液时，炮泥填充在铁口内，使铁口维持一定的深度，高炉出铁时，铁口内的炮泥中心被钻出孔道，铁渣溶液通过孔道排出炉外，在此期间要求出铁口孔径稳定、出铁均匀、出铁时间长。
因每天高炉出铁口要反复多次打开和堵塞，所以既要求出铁口炮泥易烧结（易堵口）、易开口，又要求其耐冲刷、抗侵蚀。
炮泥受熔渣化学侵蚀主要是由于熔渣中的SiO2、CaO、MgO、FeO等高温下与炮泥发生化学反应生成铁橄榄石2FeO、SiO 及铁堇青石2FeO、Ai2O3、SiO2等低熔物，出铁过程中变成渣液流失。
高炉炮泥若质量不好，则会出现潮铁口、断铁口、开口难、铁口浅、工况恶化等现象，影响高炉正常生产。
因此，现代新型大高炉用环保无水炮泥应具有以下性能：1.1 抗侵蚀性炮泥因承受高温铁渣溶液的长时间冲刷，应具有较高的耐火度、较好的抗渣铁机械冲刷和化学侵蚀性能。
1.2 可塑性好良好的可塑性便于炮泥机顺利地将炮泥压入铁口，充填饱满，以确保正常的铁口深度，使高炉生产顺利。
1.3 烧结性好炮泥具有好的烧结性能，才能快速烧结并形成足够的强度。
1.4 稳定性好高炉炮泥要求在烧结过程中体积收缩小，避免出现渗铁和漏铁。
1.5 开口性好高炉出铁口需反复钻孔打开和堵塞，炮泥烧结后应具有适中的强度，既满足抗冲刷的要求，又要便于钻孔打开。
1.6 环保无害化新型高炉要求工人作业环境良好，炮泥使用过程中不产生有毒有害物质，环保健康。
高炉炮泥的显微结构分析
徐国涛;王悦;张洪雷
【期刊名称】《武钢技术》
【年(卷),期】2006(44)4
【摘要】介绍高炉炮泥的研究进展情况,从环保、实用、高炉顺行的角度,分析不同的显微结构对性能的影响。
【总页数】4页(P4-7)
【关键词】高炉;炮泥;结构
【作者】徐国涛;王悦;张洪雷
【作者单位】武汉钢铁公司技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】TF57
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大型高炉高强度环保炮泥的研制及应用徐国涛1,李淑忠2,熊亚非2,李怀远2,邓 棠2,张洪雷1(1.武汉钢铁(集团)公司研究院,湖北武汉430080;2.武汉钢铁股份有限公司炼铁总厂,湖北武汉430083)摘 要:对大型高炉高强度环保炮泥的组成、性能、结构进行了研究。
研制的炮泥在炼铁厂4座高炉得到了应用,在3800m 3高炉连续使用4个月,日出铁次数11~13次,铁水流速7.5t/min,吨铁炮泥消耗降到0.49kg;为高炉快速达产、减少铁水散喷创造了条件;该炮泥容易开孔,铁口通道稳定,抗渣铁侵蚀,没有黑色、黄色的毒害烟雾,利于现场工作环境的改善。
关键词:高炉;炮泥;环保;高强度中图分类号:T Q 175.73 文献标识码:A 文章编号:1001-1447(2011)03-0051-03Study on taphole clay with high strength and enviromen-t friendlyand its application in large blast fu rnaceXU Guo -tao 1,LI Shu -zhong 2,XIONG Ya -fei 2,LI H ua-i y uan 2,DENG T ang 2,ZH ANG H ong -lei1(1.Research &Development Center,W ISCO,Wuhan 430080,China;2.Ir onm aking Plant,Wuhan Iro n and Steel Co.Ltd.,Wuhan 430083,China)Abstract:The composition,structure and proper ties of taphole clay w ith high streng th and envirom ent -friendly used for lar ge blast furnace are investig ated in this paper.T he taphole clay has been applied at four blast furnaces of the Ir onm aking Plant of WISCO,of w hich the taphole clay w as continuously applied fo r four months at a new BF w ith 3800m3.On this furnace,the daily tapping tim e was 11-13,the flow rate of ho t metal w as 7.5t/min and the consumption of taphole clay decreased to 0.49kg /t,w hich w as helpful for the new blast fur nace to reach its desig ned production quickly.The tapho le clay is g ood in ant-i corr osion pr operties of slag and hot metal and easy to be opened,and no poisono us smoke in tapping process.As a result,the operatio nal sur rounding of cas -tho use can be improved.Key w ords:blast furnace;tapho le clay;surr ounding pr otectio n;hig h str ength 作者简介:徐国涛(1965-),男,教授级高工,主要从事耐火材料的研究.随着炼铁技术的进步,大型高炉纷纷采用高风压、高顶压、高冶炼强度、大风量、富氧喷吹等新技术,通铁量增加,对铁口炮泥质量的要求也越来越高。
炮泥既要填满铁口通道,又要在炉缸内保护泥包的形成与增长,维持足够的铁口深度,同时要满足打泥与开口作业,形成的铁口通道能够抗渣、铁产生的物理和化学侵蚀。
武钢在对传统焦油结合炮泥研究的基础上,采用了环保系列的非酚醛树脂类结合剂生产了环保型炮泥,其强度高,开口过程与打泥过程不产生黑色和黄色毒害烟雾,在炼铁厂多个高炉上使用,取得了显著的效果。
本文就高强度环保炮泥的研究过程、结构变化、使用结果进行了分析与讨论。
1 炮泥在高炉内的状况分析传统的炮泥研究主要集中在炮泥的配方、可塑性、强度等指标上,对于炮泥的研究很少结合炮泥在高炉内与铁口通道内的作用过程来分析。
在研制环保炮泥前,针对某3800m 3的大型高炉进行了环保型泥包捣打料的研制与应用工51 2011年 6月第39卷第3期钢铁研究Research on Iron &SteelJun. 2011V ol.39 No.3作,因此观察了泥包的砌筑结构。
铁口通道在泥包高度2/3左右的位置,泥包外围由高铝砖砌筑而成,里面为捣打料。
铁口通道上部也是捣打料。
高炉开炉后,如果捣打料被渣、焦炭矿石层磨损冲刷掉,则炮泥即使打入再多,也会漂浮掉,不会使铁口深度增加。
打入的炮泥从铁口通道中出来,时间长后在炉内形成蘑菇形泥包,铁口通道必须在泥包内受到泥包的保护,否则打入的炮泥很容易漂浮进入炉缸内的液态炉渣或铁水中。
同时,炮泥也必须能够与出铁完后下降的炉料层粘接成为一定厚度的死料柱层来保护泥包,才能承受料层反应形成的铁水环流的冲刷磨损,同时在下一次开口过程中,能够钻开,不被破坏断裂。
因此,炮泥的设计,不仅仅是1个简单的配方设计,事实上,炮泥本身是1个矛和盾同时于一体的材料,一方面要能够在一定时间内快速烧结,有一定强度、抗侵蚀、不断裂、变形要小;另外一方面,要方便开口,可钻性好,这就需要一定的脆性、低硬度或者气孔量。
因此炮泥的设计必须考虑结构的因素,而不是仅仅从强度考虑,强度只是炮泥配比后与耐磨损、抗冲刷有密切关系的1个物理指标,所以,进行炮泥研究,不仅仅是材料的配比,而是必须考虑高炉炉缸内的状况和与炉料层的粘接性、与泥包料的粘接性能。
当铁口深度减小,炉内铁口前没有保留一定容纳炮泥空间的最低值时,即使打入大量的炮泥也不会使铁口深度增加,相反,打入的炮泥会变成小块向上漂浮。
为了通过增加炮泥用量来控制铁口深度,每座高炉都有1个确定的回旋区宽度,必须有1个最低铁口深度的限度。
为了得到1个坚固的泥包,炮泥必须有1个合适的固结时间,在不同的温度梯度内,能够打泥进入泥包,又能够进入炉内时快速固化烧结,需要打入适当量的炮泥来维持铁口深度。
表1为某高炉铁口深度的相关参数。
表1 某高炉铁口深度与出铁时间对比的相关参数铁口深度/m出铁时间/min2.5452.8603.0803.295从表1中可以看出:铁口深度与出铁时间、铁水日产量相关的,高炉稳定顺产,1个重要的因素就是日常的铁口维护作业,通过使用适当的炮泥、维护高炉炉况的顺行。
2 炮泥的性能、结构与应用高强度环保炮泥的改进主要着重2个方面:一是采用环保结合剂;二是采用能够替代沥青的物质作为固体结合剂。
炮泥的结构原理仍然属于使用了一定量的焦炭,利用焦炭的多孔、疏松达到良好的开口性能,利用加入利于烧结的物质促进炮泥基质的烧结,通过较低温的烧结来致密化结构,抗击铁水与渣的冲刷和磨损,保持铁口通道的稳定。
研制的高强度环保型炮泥的物理性能指标为:250 24h 下,质量密度2.14g/cm 3,气孔率7.08%;抗压强度8.0M Pa;700 3h 下,质量密度2.02g/cm 3,气孔率26.13%,抗压强度8.4M Pa,重烧线变化率-0.50%;1400 3h 下,质量密度2.07g/cm 3,气孔率25.58%,抗压强度10.7MPa,重烧线变化率-0.46%。
对炮泥的组成变化进行了研究,分析了不同碳含量对炮泥性能的影响,也分析了不同结合剂对炮泥环保性能的影响,见图1。
图1 环保炮泥烧后强度与焦粉加入比率的关系从图1的炮泥强度变化看:焦粉加入量增加,炮泥的烧后抗压强度降低,焦粉加入量越高,强度越低,这个影响因素和变化趋势与传统的炮泥有类似性。
对于以焦炭为主考虑开口作业率的炮泥,必须考虑焦炭的加入量在1个合适的范围。
从图2看出,焦粉加入量增加,炮泥的显气孔率增加,而且幅度较大,焦粉加入量越高,显气孔率也越高。
可以看出在传统的炮泥或者以焦炭为主原料的炮泥,控制焦炭的加入量就可以控制炮泥中气孔的数量,从而控制炮泥的开口性能。
但由于加入较多的焦炭对于炮泥的强度不利,因此高焦炭配比的炮泥烧后强度低,抗渣、铁水的侵蚀性能不好,铁口通道的稳定性也不好,炮泥消耗也会提高。
52 钢铁研究第39卷图2 环保炮泥的显气孔率与焦粉加入量的关系从炮泥结合剂的环保性能分析看出,焦油结合剂和传统蒽油结合剂中存在苯并芘类物质的色谱峰,而环保型结合剂中没有检测出苯并芘类物质,这也表明,环保结合剂在炮泥打泥、进入铁口的低温部分的挥发物中苯并芘质量分数很少,排入大气与环境的苯并芘质量分数就会大幅度降低,有利于环境的改善与个人的身体健康。
过去使用沥青调整炮泥的强度,沥青也是有毒物质,但环保炮泥采用改进的固体结合剂,因此固体的环保炮泥虽然有少量苯并芘,但已经大幅度降低,且剩余的苯并芘主要由固体的结合剂产生,一般进入高炉内会被高温烧掉,因此采用环保结合剂对大幅度提高炮泥的环保性能有利。
用电子探针配合能谱对1400 烧后的高强度环保炮泥试样进行了结构和组成分析。
1400 烧后的结构和组成分析见图3,环保炮泥的结合相以较多的固定碳结合居多。
从图3(b)看,焦炭的结构多孔、疏松,含有比较多的灰分,图3(b)中的焦炭灰分的成分能谱分析结果:w (Na 2O)为1.16%,w (Al 2O 3)为43.04%,w (SiO 2)为53.27%,w (K 2O)为 2.26%,w (CaO)为0.27%。
炮泥基质成分能谱分析结果为:w (Na 2O)为0.93%,w (Al 2O 3)为39.36%,w (SiO 2)为56.91%,w (K 2O )为1.74%,w (CaO)为1.07%,主要是形成了硅酸盐相的致密烧结物。
高强度环保炮泥在某3200m 3的高炉进行了5批次试验,铁口深度维持在3m 以上,炮泥消耗达到吨铁0.5kg ,铁口通道稳定,扩孔小,抗渣、铁冲刷性能良好,炮泥的吨铁消耗与综合成本低于蒽油结合的炮泥。
试验期间,该高炉日产生铁9000t 左右;出铁口个数为4个,渣比为吨铁320kg ,每天出铁、渣次数为12~14次,每次出铁时间约120m in,铁口倾角9 ,铁水温度要求不小于1490 。
