高炉炮泥组成和炮泥生产工艺
发布日期： 2020-06-04 10:34:56 阅读量（469） 作者：
原料的纯度和种类、结合剂、外加剂和生产工艺是影响炮泥质量的主要因素，基础原料直接决定炮泥性能，炮泥原料的化学成分，正向高纯和炭质方向发展。
1 炮泥基础原料
粘土：主要起结合剂和润滑剂的作用。粘土种类繁多，Al2O3和SiO2含量不稳定，易导致附着性变差，烧结性不稳定，水基炮泥前期强度难以保证，粘土的选择和添加量主要影响到炮泥的可塑性。夏欣鹏等对炮泥成份中的不同高岭土组织结构进行分析，发现高岭土的粒度组成和化学组成对炮泥的性能影响较大。
刚玉：体积密度为3.95-4.0g/cm3，熔点为2050℃，化学性质稳定，抗渣性和抗侵蚀性优异。刚玉在炮泥中作骨料和细粉使用。
焦炭：作为一种无定型炭，气孔率高，便于水分和易挥发份挥发，改善炮泥透气性。它的熔点非常高，抗渣性、热震性、导热和导电性优异。焦炭使铁口保持还原气氛，对SiC等炭素材料起保护作用。
SiC：工业用SiC一般由人工合成，密度在 3.17-3.37g/cm3，纯SiC为无色透明，工业用SiC因杂质种类和含量不同，而呈黄、绿、蓝和黑色。我国所用SiC为黑色和绿色，均为六方晶体。在还原气氛中，SiC小于2600℃时稳定存在。SiC具有导热率高、耐磨性好、高温强度高、热膨胀系数小、热震稳定性好等优点，可改善炮泥抗熔渣侵蚀和抗冲刷等性能。
沥青：如表1.1，按照沥青软化点不同，分为低温、中温和高温沥青。沥青是含碳的有机结合剂，随温度升高而缩聚、焦化，形成碳化网络，从而提高炮泥的润湿角和高温强度。
表1.1 沥青分类表
2 炮泥结合剂
目前，炮泥的结合剂主要为煤焦油-沥青或树脂。以焦油-沥青结合的炮泥具有很好的可塑性，易填充铁口，保持铁口深度。焦油成分复杂，常温下粘度大，液体不均匀，也不易分散，导致烧结后存在结构缺陷。焦油中含水量对炮泥质量影响较大。另外焦油使用过程中硬化速度慢，堵口耗时，烧结后高温强度低，体积收缩大，抗冲刷性能也较差，目前欧洲基本不使用焦油作为炮泥结合剂。Schntz 等研制出一种蒽油作结合剂，其苯并芘含量少于50ppm，使用过程中需添加硼元素，即可作为一种环保结合剂。
酚醛树脂是含碳耐火材料常用的结合剂，其粘结性强，素坯强度高，碳化率高。使用酚醛树脂替代焦油，有利于提高炮泥结合强度，而且有害溶剂量的减少，改善了炉前操作环境，环保性好。树脂使用时比较粘稠，需添加焦油、乙醇等进行调节，但焦油并不易溶于树脂。Schutz等使用一种焦油树脂混合结合剂生产炮泥，使其具有良好的可塑性、透气性和微量的体积膨胀性。有研究表明炮泥可以用粉状树脂、沥青和无机磷酸盐为主结合体系，用焦油作为增塑剂，可延迟树脂缩合和过早硬化。
3 炮泥添加剂
添加剂是炮泥的重要组成部分，目的是为了弥补主要成分在使用性能方面不足，尽管加入量较少，但对其作业性和使用性有较大影响。根据添加剂作用的不同，添加剂的种类有以下几种。
(1)增塑剂和润滑剂
改善炮泥可塑性和润滑性，常用可塑料的增塑剂都可以采用，如绢云母、粘土等。常用的润滑剂有石墨和蜡石粉等。
(2)膨胀剂
利用加热过程中的物相反应，产生膨胀来抵消干燥和烧结过程产生的收缩，降低显气孔率，提高体积密度。常见的膨胀剂有石英、蓝晶石和红柱石等。
(3)烧结助剂
理论上，改善材料烧结性能的途径有固相烧结、液相烧结和反应烧结。固相烧结和反应烧结是较理想的烧结方式，通常不会影响材料的高温性能，反而能强化基质。而液相烧结，由于高温下产生的液相，可能降低热态强度和抵抗渣铁侵蚀的性能。即烧结初期产生液相，促进烧结，最终液相消失，形成高熔点物相，如果能利用“间接液相烧结”原理，那么这种液相烧结方式也是较理想的。
烧结助剂的种类较多，不定形耐火材料用助烧剂有α-Al2O3、硼酸、硅灰、粘土、长石、金属Si粉、SiO2微粉和稀土氧化物等。大部份烧结助剂是低熔点物质，影响炮泥抗侵蚀性能。近些年来，为了促进烧结或改善炮泥显微结构和抗侵蚀性，通常在炮泥中加入氮化硅或氮化硅铁等。通过下列反应改善炮泥的显微结构和抗侵蚀性能：
通过以上反应，基质中生成SiC、AlN等，改善了显微结构。生成的Fe为 SiC生成的催化剂，促进SiC结合相的生成。另一方面，由于反应放出N2和CO，阻止渣的渗入，提高了抗侵蚀性能。但氮化硅铁的加入量并非越多越好，有文献指出，加入量不宜超过 10%。
(4)抗氧化剂和提高炮泥强度的树脂粉。树脂粉的加入提高残碳结合相，形成均质和非均质炭结合，残炭率可达85%，加热时，树脂粉软化并转移到气孔中，保证炮泥的最终强度。另外可以产生还原气氛，抑制其他炭质原料氧化，抗氧化性较好。
4 炮泥生产工艺
炮泥的配比设计、生产过程、使用前的保存，这些过程都影响着炮泥的质量。为保证炮泥质量首先应该准确计量配比方案。碾压时间与装料顺序、碾泥机型号有关，改进碾泥机碾制效果，采用计算机配料，改善作业环境是当前面临的主要问题。
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，碾压时的环境温度最好在10-30℃范围内进行，将水基炮泥的保存温度控制在10-25℃是稳定其性能的重要因素。张正富等探究了搅拌时间对无水炮泥性能的影响，发现以转速为600r/min进行搅拌时，搅拌20-30min时炮泥的综合性能最佳。刘兴平等认为生产工艺对无水炮泥的性能有较大影响，采用强力搅拌机混料，工作区域面积加大，搅拌均匀，强度及体积密度提高。
混料后炮泥的保存对使用性能也有很大影响，此时应注意环境温度的变化，夏天气温高，对水基炮泥要采取保护等措施，在困料时避免水份蒸发。冬天气温低，无水炮泥要加热保存，以免炮泥冷凝成块。也可以根据水基炮泥和无水炮泥的保存方法不同保存，分别存放于室温和暖房内，困泥时间一般为24h。
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