常正欽
（伊川縣喜曌耐火材料有限公司，洛陽伊川）
1 背景與意義
伴隨著中國(guó)鋼鐵企業(yè)的大發(fā)展，中國(guó)高爐數(shù)量龐大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前大陸有1400多座高爐，其中有相當(dāng)大一部分已經(jīng)進(jìn)入爐齡的中后期，再加上高爐冶煉強(qiáng)度大，冶煉手段豐富，使得高爐以超高壽命服役，高爐利用系數(shù)不斷提高，小高爐也不得不改用無水炮泥。
目前國(guó)內(nèi)無水炮泥材料以鋁-碳-炭化硅系為主，還有就是鋁硅-碳化硅系的，結(jié)合劑大多選用焦油或含焦油的復(fù)合油，瀝青也作為低溫輔助黏合劑用，樹脂結(jié)合的成本較高，應(yīng)用較少，使用效果沒有詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。焦油中含有大量的有害成分，其中以苯并芘（Benzo(a)pyreneC20H12）危害最大，苯并芘是芳烴類化合物中毒性最大的，最強(qiáng)烈的致癌物，而焦油、瀝青是其最主要的載體。苯并芘釋放到大氣中以后，和大氣中各種類型物質(zhì)微粒所形成的氣溶膠結(jié)合在一起，形成大量懸浮的PM2.5，對(duì)人體健康和環(huán)境造成很大的危害。因此需要采用無焦油 、無瀝青、無焦末制備的環(huán)保炮泥，降低苯并芘排放量，使用過程中減少粉塵產(chǎn)生，消除黑黃煙，提高高爐無水炮泥使用的環(huán)保性。
高爐出鐵口長(zhǎng)期受到嚴(yán)重侵蝕，爐膛端會(huì)出現(xiàn)喇叭口，這將導(dǎo)致鐵口淺，鐵流不穩(wěn)定，見風(fēng)早，出不凈鐵，甚至跑大流，嚴(yán)重影響正常出鐵，并最終影響到出鐵產(chǎn)量，同時(shí)高爐安全性也會(huì)受到威脅。特別是使用壽命中后期的高爐，必須對(duì)高爐出鐵口進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)。利用釩、鈦熔點(diǎn)高，粘度大，附著力強(qiáng)等特點(diǎn)，并加入其它改性劑等物質(zhì)，使得炮泥在使用過程中，在高溫下容易沉積在高爐側(cè)壁及爐缸區(qū)域和出鐵口上，對(duì)擴(kuò)孔的部位實(shí)現(xiàn)修復(fù)，從而保證了高爐正常出鐵，間接提高了高爐壽命。
2 炮泥性能設(shè)計(jì)
2.1 基料主要有均化料、高鋁、 剛玉、黑礬土、金紅石、碳化硅、碳、黏土、氮化硅、氮化硅鐵，膨脹材料，復(fù)合料、環(huán)保結(jié)合劑，外加劑有金屬硅粉、特殊潤(rùn)濕劑、有害物質(zhì)改性劑。
2.2 加入鋁硅酸鹽可以保證炮泥在燒結(jié)過程中出現(xiàn)微膨脹，既降低了生產(chǎn)成本，又使得出鐵口無裂紋不易滲鐵。引入復(fù)合添加劑可以降低生產(chǎn)成本，又增加了炮泥的潤(rùn)滑性，抗侵蝕性，可以大幅度提高炮泥抵抗鐵水侵蝕的能力。而大部分傳統(tǒng)炮泥則是收縮的，個(gè)別膨脹的則強(qiáng)度太低，抗沖刷能力差。
2.3 引入氮化硅鐵、金紅石粉能夠顯著增加炮泥的高溫抗侵蝕性，抗鐵水沖刷能力，同時(shí)也能促進(jìn)炮泥的燒結(jié)，便于早點(diǎn)拔出壓炮機(jī)。
2.4 采用環(huán)保結(jié)合劑，結(jié)合劑中中苯并芘含量不高于300ppm，焦油殘?zhí)剂坎蛔阍?0%，瀝青殘?zhí)?5%左右，環(huán)保結(jié)合劑殘?zhí)吭?6%，這是環(huán)保結(jié)合劑替代焦油和瀝青成為可能。使用復(fù)合料替代焦沫，這可以減少粉塵，提高抗侵蝕性能。
2.5 釩是一種銀灰色的金屬。熔點(diǎn)1919℃，比重6.11g/cm3。以2、3、4、5價(jià)離子存在于自然界中，以氧化物居多。鈦的熔點(diǎn)1668℃，密度為4.51 g/cm3，以2、3、4價(jià)離子存在于自然界中。高溫下會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：
VmOn+C——VmC+CO
VmOn+Ca(Mg\Fe)——CaO(MgO\FeO)+V
TimOn+C——TimC+CO
TimOn+Ca(Mg\Fe)——CaO(MgO\FeO)+Ti
配料時(shí)直接加入V2O5和燒結(jié)鈦精礦、脫氮的精煉合成渣、脫氮的爐渣、高鈦渣、金紅石、鈦白粉等含鈦物質(zhì)，當(dāng)然反應(yīng)和生成物會(huì)更復(fù)雜。但結(jié)果都是生成熔點(diǎn)更高的釩鈦物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)沉積在出鐵口處，甚至滲入鐵口耐材之中，從而完成修復(fù)作用。
3 產(chǎn)品制備
選用2500型國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的碾泥機(jī)，炮泥原料和結(jié)合劑在碾泥機(jī)中碾壓，碾壓溫度在70℃左右，碾壓40分鐘，自行設(shè)計(jì)130擠泥機(jī)、切片機(jī)，縱向設(shè)計(jì)流水生產(chǎn)線，物料、結(jié)合劑電子計(jì)量、計(jì)算機(jī)溫控，混煉、出泥、切片、成型，全息數(shù)字控制，馬夏值隨機(jī)檢測(cè)。由于大量使用合成材料，炮泥成分相對(duì)于傳統(tǒng)產(chǎn)品穩(wěn)定的多。
4 不同種類結(jié)合劑對(duì)炮泥性能影響
（以同等條件下用焦油制成的炮泥被鐵水侵蝕的程度為100，和其他兩種粘結(jié)劑作對(duì)比，指數(shù)值越低，代表抗侵蝕性越好）。
圖1 炮泥被侵蝕指數(shù)
由圖1可以看出，與樹脂炮泥、焦油炮泥相比，環(huán)保炮泥最抗渣鐵侵蝕。炮泥在該溫度下5小時(shí)后的常溫強(qiáng)度，單位：Mpa。
圖2 炮泥高溫強(qiáng)度對(duì)比表
由圖2可以看出，與樹脂炮泥、焦油炮泥相比，環(huán)保炮泥高溫下強(qiáng)度高，從而更抗鐵水侵蝕。炮泥在該溫度下5小時(shí)后的表面氣孔率，單位：%。
圖3 炮泥加熱后的表面氣孔率對(duì)比表
由圖3可以看出，與樹脂炮泥、焦油炮泥相比，同等條件下，環(huán)保炮泥在高溫下顯氣孔率最低，從而環(huán)保炮泥更耐沖刷。
圖4 幾種粘接劑的硬化率對(duì)比表
由圖4可以看出，樹脂炮泥冷碎強(qiáng)度隨時(shí)間增加，強(qiáng)度迅速增加，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)炮泥燒結(jié)太快 ，甚至在泥炮機(jī)都可能燒結(jié)；焦油炮泥在同樣時(shí)間內(nèi)，強(qiáng)度低，會(huì)出現(xiàn)壓炮時(shí)間長(zhǎng)，增加了操作難度；環(huán)保炮泥冷碎強(qiáng)度適當(dāng)，不會(huì)出現(xiàn)炮泥過快燒結(jié)，也不會(huì)導(dǎo)致壓炮時(shí)間過長(zhǎng)，相對(duì)最佳。與普通炮泥產(chǎn)品相比，該炮泥環(huán)保性能好，打泥容易，壓炮時(shí)間短，開口容易，無明顯擴(kuò)口，作業(yè)環(huán)境好，有易于工人操作和身心健康，有利于環(huán)境保護(hù)。
5 應(yīng)用
將釩鈦功能炮泥裝入泥炮機(jī)后，將鐵口由內(nèi)到外擠入炮泥，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵口里端的集中修復(fù)，同時(shí)又沒有對(duì)材料造成浪費(fèi)。由于后面大量的炮泥造成透氣性差，如果結(jié)合劑中產(chǎn)生的蒸汽量大，這會(huì)導(dǎo)致其它問題的產(chǎn)生。使用環(huán)保結(jié)合劑使得炮泥成本比同類炮泥絕對(duì)成本高，不適用于小型高爐。但對(duì)于大型高爐則完全可以使用，在2500立方以上高爐上，噸鐵耗泥量是焦油炮泥的50%-70%，這完全可以彌補(bǔ)絕對(duì)成本的增加，在特大型高爐上，其噸鐵炮泥成本低于焦油炮泥，在型大高爐上完全可以推廣使用。
釩鈦功能型炮泥已經(jīng)在多座高爐使用，一般一個(gè)月鐵口就有起色，三個(gè)月效果明顯，半年為一個(gè)修復(fù)完成期。一旦鐵口修復(fù)，其鐵口很牢固，泥包跨塌可以避免，又由于釩鈦功能型炮泥熱阻值低，導(dǎo)熱快，很利于炮泥整體燒結(jié)。除了炮泥質(zhì)量好外，現(xiàn)場(chǎng)操作至關(guān)重要，堅(jiān)持、認(rèn)真、循序漸進(jìn)、才能達(dá)到理想的使用結(jié)果。
6 結(jié)論
隨著煉鐵技術(shù)的進(jìn)步與高爐強(qiáng)化冶煉的需要，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了炮泥質(zhì)量對(duì)高爐連續(xù)正常生產(chǎn)的重要性，釩鈦功能型炮泥能夠明顯起到對(duì)高爐出鐵口的修復(fù)與維護(hù)作用，采用的環(huán)保結(jié)合劑能夠顯著降低炮泥在生產(chǎn)和使用過程中的產(chǎn)生的有害物質(zhì)，滿足了高爐大型化、超大型化后高風(fēng)壓、高頂壓和出鐵次數(shù)少對(duì)無水炮泥提出的要求，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)技術(shù)、質(zhì)量、環(huán)保和安全目標(biāo)。