【钢铁冶金】一文读懂无水炮泥的方方面面（高炉用）

日期：2024-11-11 浏览：1426

什么是无水炮泥？

无水炮泥一般以刚玉、碳化硅和焦粉为主要原料，同时配加不同的外加剂，以焦油作为结合剂。这种炮泥由于采用优质高纯原料，并以炭质原料为结合剂，其耐铁渣侵蚀性能比有水炮泥大为提高，可以使铁口出铁时间延长，降低出铁次数。无水炮泥的缺点是开铁口困难，采用插棒法开铁口，即在炮泥堵铁口之后，用开口机把铁棒打入铁口使之贯透，待需要出铁时只需拔出铁棒即可。

无水炮泥的设计原则有哪些？

（—）满足高炉使用原则

1、了解高炉参数。

比如（1）高炉容积。（2）风量。（3）顶压。（4）富氧量。（5）铁口数量。（6）开口制度。（7）铁口要求深度。（8）铁口角度。（9）平均入炉品位。（10）设计达标日产量。（11）希望出铁次数。（12）化学热。（13）常态物理热。（14）炉料中活泼金属（锌、钾、钠等以及钒、钛、铅等）含量。（15）渣碱度。等等。这些参数是设计炮泥塑性，耐火度，显气孔率，堆积密度，烧结速度，中低温强度，高温抗折性，抗渣、铁侵蚀性、，抗物理冲刷性等的重要依据。

2、了解泥炮参数。

比如（1）活塞最大推力；（2）泥缸容积；（3）打泥速度；（4）活塞有效行程；（5）油缸工作压力；（6）泥炮单位工作压力；（7）静止压炮力等等。这是设计炮泥马夏值，软化速度，薄膜包装的重要依据。

3、了解开口机参数。

比如工作压力，钻头直径，钻头质量，开口制度，钻杆送进速度，最大行程，冲打能量，旋转速度，最大扭矩，冷却方式等。这是设计炮泥烧结强度，堆积密度，膨胀系数的重要依据。

4、炮泥设计要考虑物理性能的先后顺序。

马夏值（打得动）—低温烧结性（堵得住，不返泥）—可塑性（深度够）—耐火度（泥包烧损小）—烧结强度（开得开，不烧氧）—微膨胀（不断不裂）—堆积密度（不渗铁）—显气孔率（不潮泥）—抗冲刷性（不扩孔）—抗渣铁侵蚀性（渣量大铁口不垮，耗泥量低）一环保性（不冒烟，有毒气体少）。

5、5000立方米级高炉炮泥典型组分（仅供参考）

.碳>6%氧化铝>32%氧化硅<13%碳化硅>17%氮化硅铁>13%赛卡赛隆>5%氧化铁<2%氧化钛<2%挥发分<8%其它<3%

（二）利润最大化原则

1、首先要分清供货方式，是吨铁承包还是按吨卖炮泥，如果是吨铁承包，就要以吨铁耗泥量低为主要设计目标，在好开口的前提下，尽量把炮泥档次提高，意图铁口深度好，抗渣铁侵蚀性能高，出铁速率适宜，尽量增加单次出铁时间，减少出铁次数，材料要用高档次材料，多用复合材料和新材料。

如果是按吨炮泥计价，这个多为小高炉，受罐位条件和出铁计划限制，往往不能有更长的出铁时间，炉次较多，这时就要考虑控制成本，防止炮泥档次高而造成浪费，设计目的为渣铁出净，出铁时间满足生产计划需要，用泥量合理偏多较好，可考虑多用废旧耐材再生料，较低档次的原材料。

2、原材料选用要精准，对于新材料要勇于尝试，往往新材料的功效会大幅度提高产品质量，而成本增加有限，特别是新型结合剂和化学合成材料。要注重废旧耐材处理，多用再生材料，炮泥有破坏性、一次性使用特点，这为大量使用再生料提供了可能，既可有效降低成本，又能创造新的就业机会，还完全符合国家环保政策，利国利民利企业。

3、合理设计温度参数，如油温、碾泥机温度、挤泥级温度等，以便缩短碾泥时间，减少电费，增加一线工人收入，建议油温60℃，碾泥机温度70℃，挤泥机出口温度80℃。颗粒级配要合理，微量特殊添加剂要用，意图增大材料润湿角度，减少摩擦力，降低设备损耗。

（三）简化工艺，利于生产原则

1、颗粒级配要合理，给破碎，配料，人工外加提供方便，建议可采用5级配料，3mm—1mm，1mm—0.2mm，80目—100目，180目—200目，325目，外加剂除外。颗粒和粉料比1：1，并根据炉子大小，烧结时间而有所浮动，小炉子骨料增加，大炉子粉料增加，收尘粉注意化验钾、钠、钙含量，如果超标，可用于低档次喷涂料和压浆料，如果这些碱金属不高，可分散于粉料之中使用掉。

2、设计重量进位尽量以10Kg为单位，必要是增加5Kg计量，设计配方以百分比形式下达，工艺以重量形式下达，外加剂人工配料，根据需要设定，人工配料种类尽可能少，以防出错。

3、如果有干料预混，那最好不过，混碾方式与捣打料一样。如果没有，不比强求，可以用碾泥机代替干混，干混3—5分钟即可。

4、马夏值可设定两个，一是50℃，作为抽检标准用，二是根据企业自己的习惯出泥温度设定，比如70℃，65℃，以便能迅速做出马夏值，指导碾泥，同时明确告诉碾泥师傅，马夏值要和经验配合运用，因为马夏值与检测环节关系很大，有一定波动，马下值设计大小以泥炮推力为依据，（对照经验值，这里不在累述了）马夏值设计指标和加结合剂量可以通过实验室实验确定下来。

5、小包装尽可能热塑包装，避免带入过多空气，各碾子炮泥混装，以便克服个别碾子缺陷，同时防止泥块粘连，吨袋包装，方便运输和困泥。

6、注重设备更新与改造，尽量使用自动配料，自动包装，注意除尘和除臭，增强工艺精准度，降低工人劳动强度，做环境友好型炮泥。

(四)环保原则

这要充分了解钢企环保政策，外部压力，一般来说，低温挥发物越少，低比重物质越少，环保压力就越小。大高炉完全可以选用专用树脂做结合剂，可以不用沥青，甚至可以不用焦沫。小高炉要充分考虑现场工人操作习惯和炉前侧重点，如果设备不错，工人熟练程度高，而且有烘吹铁口的好习惯，要考虑增加堆积密度，减少气孔率，微膨胀，以便达到不断不漏，不烧铁口，平稳出铁。反之则要增加气孔率，不能有潮泥，以防开口放炮，喷溅。可考虑增大骨料比例，增加焦沫量，减少沥青等措施。

原材料对无水炮泥质量有哪些影响？

制备炮泥的各种原料，直接影响炮泥的质量，具体体现在以下三个方面：

（1）原料的化学成分。炮泥所用的各种原料是影响炮泥质量的因素之一，通常优质炮泥要求主要成分含量高，杂质含量低。若杂质含量高，易使炮泥在使用过程中形成低熔点化合物，降低炮泥的耐火度和高温强度，影响炮泥的正常使用。许多厂家在炮泥质量改进过程中，都将提高原料纯度作为主要研究课题来对待，通过使用优质高纯原料来提高炮泥的质量，如宝钢研制的新型炮泥，就采用了高纯刚玉，提高了原料中Al2O3的含量，使炮泥的抗侵蚀性能显著提高，不但允许延长出铁时间，而且降低了炮泥的单耗。

（2）原料的颗粒组成。原料的粒度组成也是影响炮泥质量的一个主要因素。研究认为组成炮泥的粗颗粒比例增加，可降低炮泥的挤出压力，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，加热后强度降低。炮泥中原料的临界粒度大，易使炮泥粗糙松散，黏结性差。目前的普遍做法是将原料的最大临界粒度定为3mm。细粉粒度越小，越利于炮泥烧结，有助于提高炮泥的性能。

（3）原料的含水量。对无水炮泥而言，原料中带入水分越多，其1500℃烧后的耐压强度越低，这是由于水分蒸发时炮泥的组织疏松，气孔率高，降低了炮泥的耐渣铁渗透性。如果原料中的水分在出铁前未完全排出，在开铁口过程中易出现铁口潮“放火箭”，危及人身安全。因此，许多厂家对炮泥原料水含量做了严格规定，有的则在炮泥制备前对焦炭和耐火泥进行烘干，以降低原料带入过多水分对炮泥质量造成不利影响。

结合剂对无水炮泥质量有哪些影响？

结合剂影响炮泥的低温和高温强度，对炮泥的质量影响很大，传统炮泥用水作结合剂，炮泥的高温性能差。无水炮泥的结合剂主要有树脂、焦油或两者复合，有时配入沥青和蒽油等，但由于许多厂家的焦油或蒽油中水分控制不好，降低了其使用性能。这些都是含碳的有机结合剂，对无水炮泥的堵口性起着决定性作用，同时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润湿角。

结合剂含量越高，则挥发分逸出越多，结构疏松，气孔大，强度下降，并伴随着较大的收缩，而且早期软化严重，很难保证在堵口初期有足够的强度，导致拔炮时间延长，而且有漏铁水的危险。若含量偏低，则炮泥经泥炮打入铁口后迅速固化烧结，强度高，气孔率小，体积密度大，透气性差。在加入膨胀剂的作用下，铁口堵得过死，不易钻铁口，易损坏钻头，会影响正常冶炼生产流程的畅通。

外加剂对无水炮泥质量有哪些影响？

外加剂的加入对炮泥质量有极大的影响。为满足炼铁高炉对高质量炮泥的需要，研制了不同外加剂。常见的外加剂有烧结剂、膨胀剂等，可有效地改善炮泥的质量。近几年，随着人们对炮泥研究的深入，越来越多的非氧化物添加到炮泥中，对改善炮泥的性能起到了很好作用。除碳化硅外还有以下几种：

（1）氮化硅。氮化硅的相对分子质量为140.28，属强共价键结合的化合物，具有线膨胀系数低，抗热震性好，机械强度高（能保持其强度到1200℃高温不变），自润滑性好，耐高温，耐腐蚀等特点。目前在冶金工业中应用广泛。炮泥中加入适量的氮化硅，可提高炮泥的抗渣铁侵蚀性和抗河渣铁冲刷性。

（2）氮化硅结合碳化硅；氮化硅结合碳化硅由两种耐高温的化合物复合而成，具有耐高温、抗氧化、抗热震、耐酸碱侵蚀，抗金属炉渣熔蚀等优良性能。炮泥添加氮化硅结合碳化硅，可以提高炮泥的高温强度，降低出铁次数，延长每次出铁的时间。

（3）氮化硅铁；氮化硅铁是氮化硅和铁的混合物，通常这种混合物中含有75%～80%的Si3N4，12%～17%的Fe，游离的Si不大于1%。氮化硅铁加入到炮泥中，在有Fe存在的条件下，1200℃以上，特别是在1400～1500℃，无论是Al2O3还是SiO2质炮泥，其中Fe成为反应媒体，使Si3N4与Fe和C相反应，生成SiC强化基质，同时生成N2和CO气体，可防止炉渣侵入，减少炉渣的侵蚀作用。