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浅谈高炉出铁口用炮泥的发展与存在的问题

作者:安全管理网  来源:安全管理网 
评论: 更新日期:2009年12月10日

  随着高炉向长寿命、强化冶炼和大型化方向发展,作为高炉出铁口使用的耐火材料-炮泥在材质与质量方面不断地改进和提高,已从单纯的消耗性耐火材料转向功能性耐火材料。炮泥的性能对于铁口的维护有着非常重要的作用,为了满足高炉安全生产的要求,国内外的科技工作者和工程技术人员对炮泥进行了多方面的攻关,如提高原材料的纯度以降低炮泥内杂质的含量,以不同的有机结合剂代替水拌和炮泥料以改善炮泥的结合性,在炮泥内添加新的功能材料以改善炮泥的抗渣铁侵蚀性和冲刷性等,所有这些都为改善炉前的作业环境、减轻工人的劳动强度起到了积极的作用。

  目前国内的大型高炉用炮泥始终存在较多的问题,但从2003年起,北京科技大学研制开发新型无水炮泥,通过使用北京科技大学自主开发的耐火原料-氮化硅铁,同时对炮泥的生产工艺进行系统的研究,解决了以往大型高炉用炮泥使用上的缺陷,使大型高炉用无水炮泥的使用性能取得了突破性的提高,最大限度地满足大型高炉的冶炼要求和寿命要求,为延长高炉寿命打下了坚实的基础。

  高炉出铁口用炮泥的损毁机理

  1 热机械侵蚀

  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℃以上高温。当铁渣出完,用炮泥重新堵铁口时,旧炮泥接触新堵口的炮泥,温度从1500℃急速降到200℃左右,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裂纹。新炮泥在干燥和烧结过程中,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,这就使得熔融的渣铁液体易渗入这些缝隙中,当下次铁口打开时,在熔流强烈的冲刷下,炮泥发生脱落损毁。

  2 热化学侵蚀

  我国高炉大量使用烧结矿,仅少量球团矿和矿石,渣铁比高,炮泥与铁液及渣熔液长时间接触,易发生化学反应,使炮泥被侵蚀。反应生成铁橄榄石(F2S),铁堇青石(F2AS5),铁铝酸四钙(C4AF),锰堇青石(2MnO·2Al2O3·5SiO2)等低熔点矿物相,在出铁期间,随着铁渣熔液的冲刷而流失,使出铁口孔径扩大,造成铁水急速冲出铁口,影响铁口稳定。

  3 出渣出铁方式的影响

  若高炉同时设有出铁口和出渣口,可减轻铁口的出渣量。若不设渣口,渣铁熔液全部通过铁口排出,将增加铁口的工作负荷,使炮泥损毁加剧。另外,铁口直径、铁口深度、铁水和渣层水平面的厚度、炉内煤气压力等对放出的铁水和炉渣有直接的影响。稳定操作、获得较长时间出铁、避免出铁量急剧增加时加剧磨损,这些都与炮泥的性能有直接关系,炮泥优良的抗渣铁冲刷及耐侵蚀性能可以减少出铁口直径及铁口深度的快速恶化。

  4 出铁次数的影响

  高炉出铁次数少,炮泥在铁口内烧结完全,有利于铁口的维护。出铁次数多,出铁间隔时间短,炮泥在铁口内烧结不完全,结构强度低,炮泥抗渣铁化学侵蚀和机械冲刷性能变差,潮铁口,浅铁口经常出现,铁口不能见渣,经常跑大流,只能放风或拉风出铁,影响高炉的安全生产。追求长时间出铁、减少出铁次数是大型高炉的努力方向。

  5 开铁口方式的影响

  无水炮泥烧结强度大,开口较难,用合金钻头配合氧气吹烧,开口时间长,铁口孔径不稳定,且O2易对炮泥中的C产生氧化。同时降低铁口的稳定性,增加工人的劳动强度。

    国内外炮泥的发展现状

  我国是产铁大国,有炼铁高炉上千座,炉容大小不等,小的不足100m3,大的超过4000m3。这其中的中小高炉居多,约占2/3。长时间以来,我国的中小高炉一般都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了放上渣操作,仅留有出铁口出铁渣熔液。铁口的打开方式一般都是钻孔法,即用带有冲击性的钻机在铁口中心将炮泥强制性钻出孔道,让铁水通过孔道排出炉外。铁水所用炮泥大部分是传统炮泥,这种炮泥以焦炭粉、粘土粉、铝矾土熟料及焦油沥青为主要原料,用水拌合,在混碾机中经一定时间的混碾成为高炉铁口所用的炮泥,因此这类炮泥称为有水炮泥。这种炮泥体积密度小,耐渣铁侵蚀性差,在堵高炉出铁口时,易造成铁口长度不够,在出铁期间往往跑焦炭,出铁放风,出不净渣铁熔液等,影响高炉正常生产。特别是随着各炼铁厂进行扩容改造后,产量增加,冶炼强化,这种炮泥不能满足铁口维护的需要,但由于其成本低,经改进后,仍在我国的绝大多数中小型高炉上使用,其单耗在1.0kg/t铁以上。

  我国的大中型高炉一般都是20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,如宝钢两座4063m3的大型高炉,日最大出铁量为10000t,出渣量为3200t,出铁渣的速度为5.8~7.5t/min。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、碳化硅和焦粉为主要原料,同时配加不同的外加剂,以焦油作为结合剂。这种炮泥由于采用高纯原料,并以碳质原料为结合剂,其耐渣铁熔液的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。另外,无水炮泥在使用中也有一个不断改进完善的过程。国内不少炼铁厂在无水炮泥的改进方面做了许多有益偿试,研制了多种类型的无水炮泥,或采用特殊材料作为炮泥的原料,如含钛炮泥等。

  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生产需要,改善高炉出铁口状况,20世纪70年代初至80年代初,世界各国相继推出了无水炮泥。而实际使用无水炮泥后,铁口泥套的使用寿命提高10倍以上,出铁过程中消灭了喷焦炭现象,最早的无水炮泥都是用焦油作结合剂,但焦油在使用中遇高温铁水会产生烟雾,恶化工作环境。为克服这一缺点,日本和德国等国研制出了树脂为结合剂的无水炮泥。名古屋厂对以焦油和以酚醛树脂为结合剂的Al2O3-SiC-C系无水炮泥进行了比较,以酚醛树脂为结合剂的无水炮泥明显优越于以煤焦油为结合剂的无水炮泥。

  除结合剂方面的改进外,日本在1979年到1987年还先后开发了SiO2炮泥,高耐用性SiO2炮泥及特别耐用氧化铝炮泥。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,它结合改进炮泥,显著降低了炮泥的单位耗量和减少了出铁次数,达到最佳的出铁量,稳定操作以及减轻工人劳动强度的目的。

  总体来说,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要使用原材料,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,即可以长时间出铁,又可减少炮泥单耗。

  大型高炉用炮泥目前存在的问题

  大型高炉用无水炮泥目前出现的问题主要有几个方面:(1)烧结强度大,其突出的问题是在高炉上应用时,开铁口困难,有时只能使用氧枪冲开,破坏了铁口的结构;(2)抗侵蚀及抗冲刷性能差,表现在高炉上为铁口容易扩孔,影响了出铁,同时铁口无法维护;(3)潮泥现象,需要干燥的时间过长,出铁时炮泥没有干燥,开口机开口困难;(4)可塑性差,打泥困难。

  如何提高炮泥的性能指标,使炮泥既能满足高炉出铁时铁渣熔液对其侵蚀和冲刷的要求,又便于打开铁口,顺利出铁,是我们追求的目标。

  结束语

  炮泥用于堵塞出铁口,是重要的高炉用耐火材料之一,尤其是大型高炉,一天之内高速流经出铁口的铁水可以达到1万4千吨,所以,高炉炮泥的使用条件非常苛刻、性能要求很高。新型无水炮泥由于使用了氮化硅铁的新型耐火原料,使得炮泥的高温抗折强度提高,耐铁水冲刷性较强,基本上克服了以往炮泥在使用中的缺陷。

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