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2020-01
耐材之窗耐火原料指数
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炮泥的发展现状
  用手机查看 浏览量:152 2003-12-06 发布时间:
炮泥的发展现状
    李军希
安钢集团附企公司耐火材料厂  安阳4550
摘要介绍了国内外炮泥的发展现状,指出无水炮泥由于具有优良的性能而逐步取代有水炮泥。分析了炮
泥的损毁主要是由热机械作用和热化学侵蚀造成的,原料、结合剂、生产工艺和外加剂是影响炮泥质量的主
要因素,通过提高原料纯度及添加不同的外加剂,改善并提高了炮泥质量。
关键词炮泥,高炉,发展现状,损毁机理,改进措施
1  炮泥的功能
    炮泥是炼铁高炉用于堵塞出铁口的耐火泥料,由泥炮通过力的作用挤入铁口内,故称炮泥。高炉不出铁
渣熔液时,炮泥填充在铁口内,使铁口维持一定的深度;高炉出铁时,位于铁口内的炮泥中心被钻出了l道,铁渣
熔液通过孔道排出炉外,这期间要求炮泥维持铁口孑L径稳定,出铁均匀,最终出净炉内的铁渣熔液。高炉的出
铁口每天都要反复多次被打开和充填,炽热的铁水和熔渣对炮泥产生物理的和化学的作用,使炮泥损毁,如果
炮泥质量差,使用时就会产生一系列问题浊口潮铁口(指铁口内的炮泥没有烧结,强度差,结构松散,出铁时
很容易被冲掉)断铁口(指铁口内的炮泥断成两段或几段,最里面靠近铁水的一小段易被铁水冲刷或侵蚀掉,
使炮泥不能完全充满铁口)、铁口浅(指铁口内最里面靠近铁水的部分被铁水冲刷或侵蚀掉,使炮泥长度比
铁口长度短等),恶化铁口工作状况,降低铁口合格率,影响高炉的正常生产。因此,要求炮泥应有如下性能:(1)
较高的耐火度,能承受高温铁渣熔液的作用;(2)较强的抵抗铁渣熔液的冲刷能力;(3)适度的可塑性,便于泥
炮操作;(4)良好的体积稳定性,在高温下体积变化小,不会由于收缩渗出铁水;(5)能够迅速烧结并有烧结强
度;(6)开口性能良好,开口机钻头容易钻孔,使用氧气少。
2  炮泥的发展现状
2.1国内炮泥的发展现状
    我国是产铁大国。拥有炼铁高炉400多座,其炉容大小不等,小的不足100m3,大的超过4000m3。这其中
2/3为中小型高炉。长时间以来,我国的中小型高炉一般同时设有出铁口和出渣口,在出铁前先通过出渣口放
上渣。由于放上渣存在不安全等不利因素,最近几年许多炼铁厂已停止放上渣操作,仅留有出铁口出铁渣熔
液。铁口的打开方式一般鄙是钻孔法。铁口所用炮泥大部分是传统炮泥,这种炮泥以焦炭粉、粘土、直铝熟
料粉及焦油沥青为主要原料,用水搅拌而成,称为有水炮泥。这种炮泥一般体积密度小,耐渣铁侵蚀性差,在堵
铁口时易造成铁口长度不够(指铁口内炮泥长度比铁口长度短),在出铁期间往往跑焦炭、出铁放风(指鼓人
炉内的热空气由于压力大,使炉内焦碳和热空气一起从铁口喷出的现象)、出不净铁渣熔液等,影响高炉正
常生产。但由于其成本低,经各炼铁厂改进后仍在我国的绝大多数高炉上使用,其每吨铁的单耗在1.2kg以上。
   我国的大中型高炉一般都是二十世纪80年代后改建或新建的,一般不设出渣口,仅设有1~4个出铁
口。铁口每天排出的铁渣量很大。如宝钢的两座4063m3高炉日较大出铁量为10000t,出渣量为3200t,出
铁速度5.8~7.5t·min-1。要满足这些工作条件,有水炮泥显然不行。为此采用了另一类型的炮泥——
无水炮泥无水炮泥一般由刚玉、碳化硅和焦炭粉为主要原料,同时配加不同的外加剂,以焦油作为结合
剂制成。这种炮泥由于采用优质高纯原料,并以碳质原料为结合剂,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。宝钢TA-4炮泥每次出铁时间可达120rain以上,每天出铁
次数为10~11次。无水炮泥的缺点是开铁口困难,宝钢采用插棒法开铁口,每吨铁的炮泥单耗已从过去
的0.8kZ降到了0.35kg。
2.2国外炮泥的发展现状
    国外各主要产铁国家对炮泥的质量都十分重视。其发展经历了两个阶段。第一阶段为有水炮泥,和国
内的相差不多。为满足现代大型高炉的需要,改善铁口状况,70年代至80年代初,世界各国相继推出了
无水炮泥。据报道,1983年,前苏联黑色冶金部制定了无水炮泥的生产工艺,乌克兰耐火材料研究所对有
水炮泥和无水炮泥进行了对比试验,结果无水炮泥的性能大大好于有水炮泥。起初的无水炮泥都是用焦油
作结合剂,由于焦油在使用中会产生烟雾,恶化工作环境,为克服这一缺点,日本和西德等国采用树B旨为
结合剂,不仅消除了烟雾,而且能快速硬化,大大提高了无水炮泥的性能。除结合剂方面的改进外,日本
在1979年到1987年,还先后开发了Si02炮泥,高耐用性Si02炮泥,及特别耐用的Al203炮泥,由于无
水炮泥开铁口困难,日本于1985年开发出了插棒法开铁口,取得了较好的使用效果。
  总起来说,国外无水炮泥的生产注重选择优质高纯原料或人工合成原料作为炮泥的主材质,而且注意
采用新型结合剂和外加剂,使得无水炮泥质量提高,性能稳定,使用时不仅可保证出铁稳定,出铁时间长
达3个多小时,出铁次数达547次,而且炮泥单耗大为减少,如日本千叶l#4500m3高炉每吨铁的炮泥单
耗只有0.25kg。
3  炮泥的生产工艺
3.1炮泥的主要原材料
    (1)焦炭:焦炭的特点是气孔率高,导热性及导电性好,荷重软化温度高,抗渣性和热震稳定性好。
而且焦炭使铁口保持还原气氛,对SiC及碳素材料起保护作用。焦炭是炮泥的主要原料之一。
    (2)碳化硅:工业用碳化硅由人工合成,密度在3.17~3.37 g·cm—3之间。纯净的碳化硅五色透明,含杂
质的则呈现不同的颜色,在还原气氛中,SiC在2600℃下能稳定存在。碳化硅具有热导率高、耐磨性好、高
温强度高、热膨胀系数小、热震稳定性好的优点,作为炮泥的原料可改善抗熔渣侵蚀和抗冲刷等性能。
    (3)刚玉:刚玉体积密度大(3.95~4.18g·cm—3),熔点高(2050℃),化学性质稳定,耐渣铁侵蚀性好,是优质
耐火原料,在炮泥中作骨料和粉料使用。
  (4)沥青沥青有煤焦油沥青和石油沥青,它作为含碳的有机结合剂,可随温度升高而缩聚、焦化,形成焦
化网格,提高炮泥的高温强度。
    除以上原料外,许多厂家配制的炮泥中还加有绢云母、苹晶石以及氮化物等,用于改善炮泥的性能。
3.2生产工艺流程
炮泥的各种原料由生产厂家破粉碎后提供合格的粒度及细粉,焦油由焦化厂提供,所有的原料按不同的
加料顺序在碾泥机中碾制而成。
4  炮泥的损毁机理
4.1热机械作用
图1  炮泥的生产工艺流程
    出铁时铁口中心被钻头钻开,炽热的铁水和熔渣从铁口流出,使铁口炮泥承受1500℃以上的高温。当铁
渣出完,用炮泥重新堵铁口时,IFt炮泥接触新堵口的炮泥,温度突然从1500℃降到100℃,这样反复作用,
在旧炮泥内部产生巨大的热应力,易导致以铁口为圆心的圆弧形微裂纹,新炮泥在干燥和烧结过程中,水分
或结合剂的挥发,留下大量的气孔。新旧炮泥的接触面上,也会由于新炮泥的烧结收缩产生缝隙,这样就
使得熔融的渣铁熔液易渗入这些缝隙中,当下次铁口打开时,在熔流强烈的冲刷下,使炮泥发生脱落损毁。
另外,新堵塞的炮泥,受铁口内外温度的作用,使炮泥烧结速率不等,在铁口炮泥内产生热应力,出现微裂
纹并逐渐扩大,若裂纹扩展到整个铁口截面,就会发生断铁口现象。
4.2热化学侵蚀
    炮泥中含有5—6种常见的杂质氧化物,主要有Ti02、Fe203、CaO、MgO等,高炉熔渣中也含有多种成
分,女[]:Si02、CaO、A1203、MgO、MnO、FeO、CaS等,出铁期间,炮泥与熔液长时间接触,易发生化学反应,
产生低熔点物质,如反应生成的铁橄榄石(2FeO.Si02)的熔点只有1178℃,铁堇青石(2FeO·2Al203·Si02)
的熔点只有1083℃,MnO.Si02的熔点为1291℃,2MnO-Si02的熔点为1345℃,2MnO-2Al203·5Si02
的熔点均低于1300℃。这些低熔物在出铁期间,会随着铁渣熔液的冲刷而流失,使出铁口孔径扩大,造成铁
水流量过大,影响铁口稳定。
影响炮泥质量的因素及改进措施
原料
组成炮泥的各种原料,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,要求主要成分含量高,杂质含量低。杂质含量高,易使炮泥在使用过程中形成低
熔点化全物,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重要课题来对待,通过使用优质高纯原料提高炮泥的质量。如宝钢研制的新型炮泥,就
采用了高纯刚玉,提高了原料中Al203的含量,使炮泥的抗渣侵蚀性能显著提高,不但延长<
                        
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