摘要：通過(guò)對(duì)不同炮泥使用情況和檢測(cè)指標(biāo)的分析，發(fā)現(xiàn)炮泥的顯氣孔率是一個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)比較可信的指標(biāo)，能夠比較準(zhǔn)確的反映炮泥的致密程度，同時(shí)與炮泥使用中鐵口孔道渣鐵滲漏的比例以及出鐵時(shí)間有著較強(qiáng)的相關(guān)性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)添加超微粉、改善炮泥塑形、合適的顆粒級(jí)配、選用樹(shù)脂作為結(jié)合劑、添加促燒結(jié)劑等措施可以有效降低炮泥的顯氣孔率，提高炮泥致密度，從而延長(zhǎng)出鐵時(shí)間。

關(guān)鍵詞：無(wú)水炮泥；氣孔率；致密度

無(wú)水炮泥是用來(lái)堵塞高爐出鐵口的耐火材料，其質(zhì)量的好壞直接影響高爐的順行和正常生產(chǎn)。隨著高爐向大型化和長(zhǎng)壽化的方向發(fā)展，無(wú)水炮泥已經(jīng)從單純的消耗型耐材轉(zhuǎn)化成功能型耐材，這就要求炮泥不僅要具有堵塞鐵口和穩(wěn)定出鐵的功能，更要延長(zhǎng)出鐵口深度，形成合適的泥包，承受爐內(nèi)渣鐵環(huán)流的沖刷和侵蝕，從而達(dá)到保護(hù)高爐爐缸的目的。

為了研究炮泥性能，并希望通過(guò)檢測(cè)炮泥的理化指標(biāo)來(lái)預(yù)測(cè)炮泥的使用效果，筆者對(duì)炮泥進(jìn)行較多的的檢測(cè)。限于試驗(yàn)條件，所檢測(cè)的主要物理指標(biāo)包括顯氣孔率、體積密度、常溫耐壓強(qiáng)度、燒成線變化率等。通過(guò)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)發(fā)現(xiàn)顯氣孔率數(shù)據(jù)的波動(dòng)相對(duì)較小，比較穩(wěn)定。筆者檢測(cè)國(guó)內(nèi)某公司的一炮泥到保護(hù)高爐爐缸的目的。

樣品的檢測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)幅度：顯氣孔率5%，體積密度9%，常溫耐壓強(qiáng)度58%，燒成線變化率128%。可以說(shuō)明，顯氣孔率具有較高的可信度，能夠比較準(zhǔn)確地反映炮泥的致密程度，同時(shí)與炮泥使用中鐵口孔道渣鐵滲漏的比例以及出鐵時(shí)間有著較強(qiáng)的相關(guān)性。

1試驗(yàn)

本試驗(yàn)所用的主要原料包括高鋁礬土熟料、碳化硅、廣西維羅白泥、焦炭、絹云母、瀝青、氮化硅鐵及其他添加劑，結(jié)合劑包括焦油和樹(shù)脂。按照事先確定的配方進(jìn)行配料，并按照配方加入結(jié)合劑，在混碾機(jī)中進(jìn)行混碾，并正常擠泥，在擠泥到一半左右時(shí)取樣；將炮泥樣烘至80℃左右，然后將炮泥樣分成指頭大小的小塊，填充到40mm×40mm×160mm的三聯(lián)模中，注意四角扒料，然后用木錘敲打，使其填充緊密；待條樣冷卻硬化之后取出條樣，裝到鐵盒里面（鐵盒尺寸略大于條樣尺寸），然后將條樣連同鐵盒一起埋入≤1mm的焦炭之下，放入烘箱中進(jìn)行450℃保溫5h處理；把熱處理完之后的條樣在電爐中埋碳進(jìn)行燒結(jié)，分別為1000和150℃保溫3h。最后按照GB/T2997—2000檢測(cè)試樣的顯氣孔率。

2結(jié)果與分析

2.1選擇合適的顆粒級(jí)配

炮泥中所用原料應(yīng)被認(rèn)為是連續(xù)的粒度，那么顆粒分布應(yīng)該遵循Andreassen方程[1]，綜合文獻(xiàn)資料及現(xiàn)有配方，本試驗(yàn)所選取的q值分別為0.19、0.21、0.23和0.25。

由于緊密堆積理論僅僅反映初始致密程度，高溫處理之后將受到其他因素影響，因此我們僅僅根據(jù)450℃保溫5h埋碳熱處理之后的顯氣孔率來(lái)判斷。

粒度分布系數(shù)q值與顯氣孔率的關(guān)系見(jiàn)圖1。可以看出，粒度較粗一些，顆粒比例偏大一些，低溫?zé)崽幚碇蟮娘@氣孔率相對(duì)要低一些。這個(gè)結(jié)果基本與Andreassen的緊密堆積理論相符合，但是這個(gè)規(guī)律也只存在于一定的范圍內(nèi)，顆粒比例過(guò)大，反而也會(huì)使得顯氣孔率上升，這可能是因?yàn)榕谀嗨迷系淖钚☆w粒粒度實(shí)際并非無(wú)限制，另外熱處理過(guò)程也會(huì)對(duì)初始的致密度產(chǎn)生改變。試驗(yàn)顯示q值取0.23是相對(duì)比較合適的。

2.2添加超微粉

添加炭黑能有效降低炮泥的顯氣孔率，尤其是高溫?zé)珊蟮娘@氣孔率。在炮泥中添加炭黑，一方面是更小粒度的炭黑可以填充一般細(xì)粉之間的空隙，但是從上表中可以看見(jiàn)，添加炭黑對(duì)降低顯氣孔率的效果，中高溫?zé)芍蟮男Ч炊鹊蜏靥幚碇蟮男Ч麃?lái)的明顯，可能說(shuō)明炭黑由于固定碳含量更高能形成更多的碳鍵。

添加硅微粉黑能有效降低炮泥的顯氣孔率，但是降低的幅度有限，效果并不非常明顯。在炮泥中添加硅微粉，一方面是與一般的超微粉一樣，可以填充一般細(xì)粉之間的空隙，添加硅微粉的效果并不太明顯，是明哪怕是很細(xì)的微粉，要在炮泥里面與氧化鋁的細(xì)粉合成莫來(lái)石還是非常困難。

添加活性氧化鋁微粉能有效降低炮泥的顯氣孔率，對(duì)中低溫下顯氣孔率的降低效果比較明顯。在炮泥中添加硅微粉，一方面是與一般的超微粉一樣，可以填充一般細(xì)粉之間的空隙，由于添加量比較大，因此效果相對(duì)比較明顯。

還可以看出，添加活性氧化鋁微粉能有效降低炮泥的顯氣孔率，對(duì)中低溫下顯氣孔率的降低效果比較明顯。在炮泥中添加硅微粉，一方面是與一般的超微粉一樣，可以填充一般細(xì)粉之間的空隙，由于添加量比較大，因此效果相對(duì)比較明顯。

總之，在炮泥中添加超微粉基本上對(duì)降低顯氣孔率都有一定的效果，但是程度各有不同，因此可以考慮多種超微粉進(jìn)行復(fù)合，并在加入之前進(jìn)行預(yù)混。

2.3改善炮泥塑性

炮泥的塑性直接影響到炮泥的擠出特性，亦即會(huì)影響炮泥成型的難易程度，因此可能會(huì)影響到炮泥的致密程度。相同配方下，結(jié)合劑加入量越大，炮泥塑性越好。圖5示出了炮泥顯氣孔率與焦油加入量的關(guān)系。隨著焦油加入量的增加，炮泥的顯氣孔率先變小，后變大，變化幅度不大。塑形太差，炮泥比較干澀，難以成型致密。反過(guò)來(lái)結(jié)合劑加入量過(guò)大，加熱處理之后結(jié)合劑碳化之后留下的空隙也越多，反而會(huì)增加顯氣孔率。

隨著馬夏值的降低，炮泥顯氣孔率先下降后上升，因此可以預(yù)測(cè)馬夏值的控制存在一個(gè)拐點(diǎn)，我們需要找到這個(gè)合適的點(diǎn)，而且可以肯定這個(gè)拐點(diǎn)也會(huì)隨著配方的改變而改變。

2.4選擇不同的結(jié)合劑

不同結(jié)合劑會(huì)直接影響到炮泥的顯氣孔率，一方面是不同結(jié)合劑會(huì)影響炮泥的塑性，另一方面不同結(jié)合劑碳化后殘?zhí)嫉亩嗌僖约靶纬傻奶兼I的數(shù)量都對(duì)顯氣孔率產(chǎn)生作用。本次加入T樹(shù)脂的顯氣孔率確實(shí)相對(duì)最低。

這里主要討論促燒結(jié)劑和抗氧化劑的作用。通過(guò)促燒結(jié)劑的加入，高溫下形成玻璃相，填充于空隙之中，冷卻之后檢測(cè)顯氣孔率，自然會(huì)稍低一些，更重要的是通過(guò)燒結(jié)，讓基質(zhì)與骨料結(jié)合得更好。由于炮泥中由大量的炭質(zhì)材料，如何防止炭質(zhì)材料少被氧化就很重要。借鑒鎂碳磚和滑板的經(jīng)驗(yàn)，加入金屬單質(zhì)可望起到抗氧化劑的作用。可知：加入金屬單質(zhì)為抗氧化劑，同時(shí)加入促燒結(jié)劑，顯著降低了炮泥的顯氣孔率。

3工業(yè)試驗(yàn)

根據(jù)前述思路設(shè)計(jì)的配方分別在某兩座1080m3高爐和某1250m3高爐使用。大生產(chǎn)炮泥的指標(biāo)典型值如表1所示。調(diào)整后的A配方炮泥在日鐵產(chǎn)量差不多的情況下，兩座1080m3高爐一次出鐵時(shí)間分別延長(zhǎng)了16和7min。調(diào)整后的B配方炮泥在某1250m3高爐使用，日均鐵次下降12%，出鐵時(shí)間低于70min的比例下降了9個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)鐵口噴濺現(xiàn)象得到根本好轉(zhuǎn)，基本得到抑制。

表1大生產(chǎn)炮泥的顯氣孔率典型值

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4結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)不同炮泥使用情況和檢測(cè)指標(biāo)的分析，發(fā)現(xiàn)炮泥的顯氣孔率是一個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)比較可靠的指標(biāo)，能夠比較準(zhǔn)確的反映炮泥的致密程度，同時(shí)與炮泥使用中鐵口孔道渣鐵滲漏的比例以及出鐵時(shí)間有著較強(qiáng)的相關(guān)性。

（2）通過(guò)添加超微粉、改善炮泥塑形、合適的顆粒級(jí)配、選用樹(shù)脂作為結(jié)合劑、添加促燒結(jié)劑等措施可以有效降低炮泥的顯氣孔率，提高炮泥致密度，從而延長(zhǎng)出鐵時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

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[3]張正富，范詠蓮，劉興平,等.結(jié)合劑對(duì)無(wú)水炮泥性能的影響[J].耐火材料,2013，47（增刊1）:199-201.

文章作者：陸曉鋒劉利華周珩輝

文章選自第十四屆全國(guó)不定形耐火材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除。