摘要：通過對不同炮泥使用情況和檢測指標的分析，發現炮泥的顯氣孔率是一個檢測數據相對比較可信的指標，能夠比較準確的反映炮泥的致密程度，同時與炮泥使用中鐵口孔道渣鐵滲漏的比例以及出鐵時間有著較強的相關性。通過實驗室試驗和工業試驗，發現通過添加超微粉、改善炮泥塑形、合適的顆粒級配、選用樹脂作為結合劑、添加促燒結劑等措施可以有效降低炮泥的顯氣孔率，提高炮泥致密度，從而延長出鐵時間。

關鍵詞：無水炮泥；氣孔率；致密度

無水炮泥是用來堵塞高爐出鐵口的耐火材料，其質量的好壞直接影響高爐的順行和正常生產。隨著高爐向大型化和長壽化的方向發展，無水炮泥已經從單純的消耗型耐材轉化成功能型耐材，這就要求炮泥不僅要具有堵塞鐵口和穩定出鐵的功能，更要延長出鐵口深度，形成合適的泥包，承受爐內渣鐵環流的沖刷和侵蝕，從而達到保護高爐爐缸的目的。

為了研究炮泥性能，并希望通過檢測炮泥的理化指標來預測炮泥的使用效果，筆者對炮泥進行較多的的檢測。限于試驗條件，所檢測的主要物理指標包括顯氣孔率、體積密度、常溫耐壓強度、燒成線變化率等。通過對檢測數據的比對發現顯氣孔率數據的波動相對較小，比較穩定。筆者檢測國內某公司的一炮泥到保護高爐爐缸的目的。

樣品的檢測數據波動幅度：顯氣孔率5%，體積密度9%，常溫耐壓強度58%，燒成線變化率128%?？梢哉f明，顯氣孔率具有較高的可信度，能夠比較準確地反映炮泥的致密程度，同時與炮泥使用中鐵口孔道渣鐵滲漏的比例以及出鐵時間有著較強的相關性。

1試驗

本試驗所用的主要原料包括高鋁礬土熟料、碳化硅、廣西維羅白泥、焦炭、絹云母、瀝青、氮化硅鐵及其他添加劑，結合劑包括焦油和樹脂。按照事先確定的配方進行配料，并按照配方加入結合劑，在混碾機中進行混碾，并正常擠泥，在擠泥到一半左右時取樣；將炮泥樣烘至80℃左右，然后將炮泥樣分成指頭大小的小塊，填充到40mm×40mm×160mm的三聯模中，注意四角扒料，然后用木錘敲打，使其填充緊密；待條樣冷卻硬化之后取出條樣，裝到鐵盒里面（鐵盒尺寸略大于條樣尺寸），然后將條樣連同鐵盒一起埋入≤1mm的焦炭之下，放入烘箱中進行450℃保溫5h處理；把熱處理完之后的條樣在電爐中埋碳進行燒結，分別為1000和150℃保溫3h。最后按照GB/T2997—2000檢測試樣的顯氣孔率。

2結果與分析

2.1選擇合適的顆粒級配

炮泥中所用原料應被認為是連續的粒度，那么顆粒分布應該遵循Andreassen方程[1]，綜合文獻資料及現有配方，本試驗所選取的q值分別為0.19、0.21、0.23和0.25。

由于緊密堆積理論僅僅反映初始致密程度，高溫處理之后將受到其他因素影響，因此我們僅僅根據450℃保溫5h埋碳熱處理之后的顯氣孔率來判斷。

粒度分布系數q值與顯氣孔率的關系見圖1?？梢钥闯?，粒度較粗一些，顆粒比例偏大一些，低溫熱處理之后的顯氣孔率相對要低一些。這個結果基本與Andreassen的緊密堆積理論相符合，但是這個規律也只存在于一定的范圍內，顆粒比例過大，反而也會使得顯氣孔率上升，這可能是因為炮泥所用原料的最小顆粒粒度實際并非無限制，另外熱處理過程也會對初始的致密度產生改變。試驗顯示q值取0.23是相對比較合適的。

2.2添加超微粉

添加炭黑能有效降低炮泥的顯氣孔率，尤其是高溫燒成后的顯氣孔率。在炮泥中添加炭黑，一方面是更小粒度的炭黑可以填充一般細粉之間的空隙，但是從上表中可以看見，添加炭黑對降低顯氣孔率的效果，中高溫燒成之后的效果反而比低溫處理之后的效果來的明顯，可能說明炭黑由于固定碳含量更高能形成更多的碳鍵。

添加硅微粉黑能有效降低炮泥的顯氣孔率，但是降低的幅度有限，效果并不非常明顯。在炮泥中添加硅微粉，一方面是與一般的超微粉一樣，可以填充一般細粉之間的空隙，添加硅微粉的效果并不太明顯，是明哪怕是很細的微粉，要在炮泥里面與氧化鋁的細粉合成莫來石還是非常困難。

添加活性氧化鋁微粉能有效降低炮泥的顯氣孔率，對中低溫下顯氣孔率的降低效果比較明顯。在炮泥中添加硅微粉，一方面是與一般的超微粉一樣，可以填充一般細粉之間的空隙，由于添加量比較大，因此效果相對比較明顯。

還可以看出，添加活性氧化鋁微粉能有效降低炮泥的顯氣孔率，對中低溫下顯氣孔率的降低效果比較明顯。在炮泥中添加硅微粉，一方面是與一般的超微粉一樣，可以填充一般細粉之間的空隙，由于添加量比較大，因此效果相對比較明顯。

總之，在炮泥中添加超微粉基本上對降低顯氣孔率都有一定的效果，但是程度各有不同，因此可以考慮多種超微粉進行復合，并在加入之前進行預混。

2.3改善炮泥塑性

炮泥的塑性直接影響到炮泥的擠出特性，亦即會影響炮泥成型的難易程度，因此可能會影響到炮泥的致密程度。相同配方下，結合劑加入量越大，炮泥塑性越好。圖5示出了炮泥顯氣孔率與焦油加入量的關系。隨著焦油加入量的增加，炮泥的顯氣孔率先變小，后變大，變化幅度不大。塑形太差，炮泥比較干澀，難以成型致密。反過來結合劑加入量過大，加熱處理之后結合劑碳化之后留下的空隙也越多，反而會增加顯氣孔率。

隨著馬夏值的降低，炮泥顯氣孔率先下降后上升，因此可以預測馬夏值的控制存在一個拐點，我們需要找到這個合適的點，而且可以肯定這個拐點也會隨著配方的改變而改變。

2.4選擇不同的結合劑

不同結合劑會直接影響到炮泥的顯氣孔率，一方面是不同結合劑會影響炮泥的塑性，另一方面不同結合劑碳化后殘碳的多少以及形成的碳鍵的數量都對顯氣孔率產生作用。本次加入T樹脂的顯氣孔率確實相對最低。

這里主要討論促燒結劑和抗氧化劑的作用。通過促燒結劑的加入，高溫下形成玻璃相，填充于空隙之中，冷卻之后檢測顯氣孔率，自然會稍低一些，更重要的是通過燒結，讓基質與骨料結合得更好。由于炮泥中由大量的炭質材料，如何防止炭質材料少被氧化就很重要。借鑒鎂碳磚和滑板的經驗，加入金屬單質可望起到抗氧化劑的作用?？芍杭尤虢饘賳钨|為抗氧化劑，同時加入促燒結劑，顯著降低了炮泥的顯氣孔率。

3工業試驗

根據前述思路設計的配方分別在某兩座1080m3高爐和某1250m3高爐使用。大生產炮泥的指標典型值如表1所示。調整后的A配方炮泥在日鐵產量差不多的情況下，兩座1080m3高爐一次出鐵時間分別延長了16和7min。調整后的B配方炮泥在某1250m3高爐使用，日均鐵次下降12%，出鐵時間低于70min的比例下降了9個百分點，同時鐵口噴濺現象得到根本好轉，基本得到抑制。

表1大生產炮泥的顯氣孔率典型值

1711307435.jpg

4結論

（1）通過對不同炮泥使用情況和檢測指標的分析，發現炮泥的顯氣孔率是一個檢測數據相對比較可靠的指標，能夠比較準確的反映炮泥的致密程度，同時與炮泥使用中鐵口孔道渣鐵滲漏的比例以及出鐵時間有著較強的相關性。

（2）通過添加超微粉、改善炮泥塑形、合適的顆粒級配、選用樹脂作為結合劑、添加促燒結劑等措施可以有效降低炮泥的顯氣孔率，提高炮泥致密度，從而延長出鐵時間。

參考文獻

[1]李紅霞.耐火材料手冊[M].北京.冶金工業出版社,2007:527.

[2]全榮.炮泥中添加超微粉的效果[J].耐火與石灰，2008，33（1）:25-28.

[3]張正富，范詠蓮，劉興平,等.結合劑對無水炮泥性能的影響[J].耐火材料,2013，47（增刊1）:199-201.

文章作者：陸曉鋒劉利華周珩輝

文章選自第十四屆全國不定形耐火材料學術會議論文集，如有侵權，請聯系刪除。