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
伴隨著中國鋼鐵企業的大發展，中國高爐數量龐大，據不完全統計，目前大陸有1400多座高爐，其中有相當大一部分已經進入爐齡的中后期，再加上高爐冶煉強度大，冶煉手段豐富，使得高爐以超高壽命服役，高爐利用系數不斷提高，小高爐也不得不改用無水炮泥。
目前國內無水炮泥材料以鋁-碳-炭化硅系為主，還有就是鋁硅-碳化硅系的，結合劑大多選用焦油或含焦油的復合油，瀝青也作為低溫輔助黏合劑用，樹脂結合的成本較高，應用較少，使用效果沒有詳細的數據支持。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微粒所形成的氣溶膠結合在一起，形成大量懸浮的PM2.5，對人體健康和環境造成很大的危害。因此需要采用無焦油 、無瀝青、無焦末制備的環保炮泥，降低苯并芘排放量，使用過程中減少粉塵產生，消除黑黃煙，提高高爐無水炮泥使用的環保性。
高爐出鐵口長期受到嚴重侵蝕，爐膛端會出現喇叭口，這將導致鐵口淺，鐵流不穩定，見風早，出不凈鐵，甚至跑大流，嚴重影響正常出鐵，并最終影響到出鐵產量，同時高爐安全性也會受到威脅。特別是使用壽命中后期的高爐，必須對高爐出鐵口進行修復和維護。利用釩、鈦熔點高，粘度大，附著力強等特點，并加入其它改性劑等物質，使得炮泥在使用過程中，在高溫下容易沉積在高爐側壁及爐缸區域和出鐵口上，對擴孔的部位實現修復，從而保證了高爐正常出鐵，間接提高了高爐壽命。
2 炮泥性能設計
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，復合料、環保結合劑，外加劑有金屬硅粉、特殊潤濕劑、有害物質改性劑。
2.2 加入鋁硅酸鹽可以保證炮泥在燒結過程中出現微膨脹，既降低了生產成本，又使得出鐵口無裂紋不易滲鐵。引入復合添加劑可以降低生產成本，又增加了炮泥的潤滑性，抗侵蝕性，可以大幅度提高炮泥抵抗鐵水侵蝕的能力。而大部分傳統炮泥則是收縮的，個別膨脹的則強度太低，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，同時也能促進炮泥的燒結，便于早點拔出壓炮機。
2.4 采用環保結合劑，結合劑中中苯并芘含量不高于300ppm，焦油殘碳量不足在20%，瀝青殘碳45%左右，環保結合劑殘炭在36%，這是環保結合劑替代焦油和瀝青成為可能。使用復合料替代焦沫，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1919℃，比重6.11g/cm3。以2、3、4、5價離子存在于自然界中，以氧化物居多。鈦的熔點1668℃，密度為4.51 g/cm3，以2、3、4價離子存在于自然界中。高溫下會發生如下反應：
VmOn+C——VmC+CO
VmOn+Ca(Mg\Fe)——CaO(MgO\FeO)+V
TimOn+C——TimC+CO
TimOn+Ca(Mg\Fe)——CaO(MgO\FeO)+Ti
配料時直接加入V2O5和燒結鈦精礦、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，當然反應和生成物會更復雜。但結果都是生成熔點更高的釩鈦物質，這些物質會沉積在出鐵口處，甚至滲入鐵口耐材之中，從而完成修復作用。
3 產品制備
選用2500型國內最先進的碾泥機，炮泥原料和結合劑在碾泥機中碾壓，碾壓溫度在70℃左右，碾壓40分鐘，自行設計130擠泥機、切片機，縱向設計流水生產線，物料、結合劑電子計量、計算機溫控，混煉、出泥、切片、成型，全息數字控制，馬夏值隨機檢測。由于大量使用合成材料，炮泥成分相對于傳統產品穩定的多。
4 不同種類結合劑對炮泥性能影響
（以同等條件下用焦油制成的炮泥被鐵水侵蝕的程度為100，和其他兩種粘結劑作對比，指數值越低，代表抗侵蝕性越好）。
圖1 炮泥被侵蝕指數
由圖1可以看出，與樹脂炮泥、焦油炮泥相比，環保炮泥最抗渣鐵侵蝕。炮泥在該溫度下5小時后的常溫強度，單位：Mpa。
圖2 炮泥高溫強度對比表
由圖2可以看出，與樹脂炮泥、焦油炮泥相比，環保炮泥高溫下強度高，從而更抗鐵水侵蝕。炮泥在該溫度下5小時后的表面氣孔率，單位：%。
圖3 炮泥加熱后的表面氣孔率對比表
由圖3可以看出，與樹脂炮泥、焦油炮泥相比，同等條件下，環保炮泥在高溫下顯氣孔率最低，從而環保炮泥更耐沖刷。
圖4 幾種粘接劑的硬化率對比表
由圖4可以看出，樹脂炮泥冷碎強度隨時間增加，強度迅速增加，在現場使用時會出現炮泥燒結太快 ，甚至在泥炮機都可能燒結；焦油炮泥在同樣時間內，強度低，會出現壓炮時間長，增加了操作難度；環保炮泥冷碎強度適當，不會出現炮泥過快燒結，也不會導致壓炮時間過長，相對最佳。與普通炮泥產品相比，該炮泥環保性能好，打泥容易，壓炮時間短，開口容易，無明顯擴口，作業環境好，有易于工人操作和身心健康，有利于環境保護。
5 應用
將釩鈦功能炮泥裝入泥炮機后，將鐵口由內到外擠入炮泥，從而實現對鐵口里端的集中修復，同時又沒有對材料造成浪費。由于后面大量的炮泥造成透氣性差，如果結合劑中產生的蒸汽量大，這會導致其它問題的產生。使用環保結合劑使得炮泥成本比同類炮泥絕對成本高，不適用于小型高爐。但對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%，這完全可以彌補絕對成本的增加，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在多座高爐使用，一般一個月鐵口就有起色，三個月效果明顯，半年為一個修復完成期。一旦鐵口修復，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，導熱快，很利于炮泥整體燒結。除了炮泥質量好外，現場操作至關重要，堅持、認真、循序漸進、才能達到理想的使用結果。
6 結論
隨著煉鐵技術的進步與高爐強化冶煉的需要，人們逐漸認識到了炮泥質量對高爐連續正常生產的重要性，釩鈦功能型炮泥能夠明顯起到對高爐出鐵口的修復與維護作用，采用的環保結合劑能夠顯著降低炮泥在生產和使用過程中的產生的有害物質，滿足了高爐大型化、超大型化后高風壓、高頂壓和出鐵次數少對無水炮泥提出的要求，實現了現代化鋼鐵企業技術、質量、環保和安全目標。