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高炉无水炮泥的生产与使用浅见

  ■徐国涛

  炼铁生产中,炮泥的作用说简单很简单,就是:堵铁口、易开口、维持稳定的铁口深度。说复杂也复杂,炮泥用得好,出铁出渣出得好,就能保证高炉炉况顺行,气流通畅,这样生产效率高、产量大,高炉也能够保证长寿。

  炮泥的性能有行业标准YBT4196-2009《高炉用无水炮泥》。从这个标准里可以看到:炮泥高温下的性能事实上就只有一个1350℃×3h埋炭烧后的性能来表征。密度指标与原材料选材有关系,选择棕刚玉而不用矾土密度肯定大些,但是用矾土、少用电焦粉,密度(g/cm3)≥1.7、1.8一样容易达到,因此说密度容易达到;烧后耐压强度(MPa)以≥8、10、15作为不同高炉容积的炮泥推荐指标,作为一个推荐性的标准,耐压强度是炮泥耐冲刷、通铁时间有关联的一个参考性能,仅作为一个参考,因为出铁的过程前期是铁水冲刷,后期是渣的冲刷,真正好用、适用的炮泥这几个指标是不够的。有些公司使用的炮泥,虽然其烧后耐压强度只有3~5MPa,其使用性能仍然可以满足750~1500m3高炉的需要,毕竟小高炉通铁的量不大,通铁时间有些也只有70~100min。对大高炉的炮泥而言,其烧后耐压强度近年来有较大的变化,因为开口机的能力提高,有些公司生产的炮泥在1450℃×3h埋炭烧后耐压强度达到18~22MPa,这种炮泥耐冲刷、扩孔小、通铁时间长,有些高炉通铁次数在10~13次,少数高炉通铁时间可达到160min;之所以选择1450℃×3h处理炮泥,是因为大高炉铁水温度高,做出来的性能指标更有针对性。

  从炮泥的发展历史看:最早的炮泥是有水炮泥,炉子小,冲力小,铁水量小,因此炮泥的要求很简单,粘土、焦粉加点骨料用水拌合即可达到要求。而当高炉容积增加,出铁量增大,时间延长时,炮泥的要求就发生了变化。炮泥被挤压进入铁口通道后,要能够快速烧结,堵塞铁口,能够快速拔炮,进入炉内的炮泥能够经受铁水环流,维持铁口的深度,利于出铁的顺行;泥条自身要收缩小,免得与老炮泥产生缝隙引起煤气串漏,造成铁水喷溅。对炮泥的配制来讲,要求炮泥的塑性好,烧后的变形小,能够烧结快,因此赋予炮泥可塑性的油性结合剂就非常重要。国内炮泥的结合剂大多数用蒽油、二蒽油、焦油居多,近年使用焦油炮泥的厂家有所增加,主要还是因为焦油中的固定碳含量高,赋予炮泥的结合性好,大高炉泥炮的压力增加,焦油使得炮泥变硬的缺点得到克服;有些炮泥生产厂加入部分焦油生产大高炉炮泥,使用效果也较好。环保炮泥是一种发展趋势,国内有采用德国产结合剂T60生产的炮泥,环保性能可达到欧洲标准,但T60价格较贵,在钢铁行业不景气的大环境下,环保炮泥的推广力度受限制。国内有少数厂家声称生产出了环保炮泥,但如果炮泥仍然采用焦油、蒽油,固体结合剂采用沥青调整强度,其苯并芘的控制很难达到欧洲标准,欧洲第三代环保炮泥苯并芘含量控制小于300ppm,而国内对苯并芘的测试技术都很少,测试方法多是参照大气中苯并芘的测试方法,何况苯并芘还有不同的种类,因此对环保炮泥的研究及使用还有一个过程。T60类环保型炮泥结合剂的生产原料仍然是煤焦油、石油焦油类物质,据笔者观察及参观生产厂家过程的推测,应该是通过不同温度下的馏分处理,加上改质提纯处理后的沥青溶融混合的结果,因其固体成分含量较大、粘度高,炮泥挤出的泥条均匀、不容易断、收缩小。有些炮泥生产商称发明了树脂类的环保炮泥,这个有可能;国外在煤焦油提炼过程中,也生产出一种透明的树脂物质,能够使用有机树脂和溶剂调制出适合炮泥使用的环保结合剂,也是一种方向。随着国内对环保结合剂研究技术的发展,应用环保炮泥必然是大势所趋,价格也会降下来。

  炮泥的耐用性能与组成有关,从YBT4196-2009《高炉用无水炮泥》的规定看:大高炉炮泥SiC+C要求≥30%,对小高炉,有些炮泥中焦炭粉加到20%~30%的报道都有,碳素多,容易开口,油性结合剂的挥发也快,容易烧结,但从近年来炮泥的发展趋势看,炮泥中的焦炭粉用量减少,有些估计也就是10%~15%的范围,焦炭含量少,容易烧结,开口性就需要合理调配炮泥的组成。炮泥的耐冲刷性能需要调整SiC含量,有些调整氮化硅或者氮化硅铁的含量,事实上,每个高炉容积不同,炉况条件不同,加入的SiC及氮化硅或者氮化硅铁的含量也不同,需要根据具体情况加以分析后调整配方。

  早期的技术人员在炮泥配方的调整过程中,常用调整粘土、绢云母或沥青用量的方法,可塑性指标就是调节油性结合剂的用量,随着原材料的应用领域拓宽,也有公司开始采用叶蜡石、界面处理剂调节炮泥的润滑性,采用不同的液体结合剂、溶剂调整炮泥的塑性。关键的问题,还是需要用技术方法来代替人工经验,处理炮泥生产与应用过程中的技术问题,如国外有些炮泥生产商采用手持式的可塑性测定仪器测定马夏值,以分析炮泥的打泥性能,非常方便快捷。

  炮泥的消耗与打泥量、出铁次数有关,如果炼铁厂以吨铁承包,那么炮泥供应商需要密切关注炮泥的质量与耐用性的相关影响因素。其实每个高炉的使用条件不同,炮泥生产商需要关注与炮泥使用环境相关的技术参数。如某铁厂几座不同高炉的相关技术参数为:3800m3高炉利用系数2.616~2.720t/m3·d,风量7325~7253m3/min,富氧率6.166(2009)~6.285%(2011),风温1200℃;3200m3高炉利用系数2.283~2.494t/m3·d,风量5997~6137m3/min,富氧率5.46(2008)~5.589%(2007),风温1156~1250℃;2200m3高炉利用系数2.509t/m3·d,风量3400~4600m3/min;1536m3高炉利用系数2.22~2.248t/m3·d,风量2850~2945m3/min,富氧率4.01(2013)~4.31%(2011),风温1180~1195℃。以上数据为不同时期的资料,仅作参考。

  从这些数据可以推测炮泥的使用环境:渣、铁出干净后压入的炮泥进入铁口通道及炉缸中的泥包头后,风温、风量、富氧率都会影响炮泥的烧结与使用环境,也会影响铁口的稳定,而利用系数,也意味着铁水及渣的流量对泥包、铁口通道的冲刷磨损。有针对性地了解炮泥的使用环境,配合对开口机能力、泥炮技术参数的了解,就可以确定炮泥的可塑性、强度、碳化硅及氮化硅铁的加入量大小等。

  有些炮泥的生产商比较关注钻头大小、出铁次数、炮泥消耗等指标;但从实际情况看:国内炼铁工作者并不一定关心炮泥的技术问题,比如炮泥配方、性价比、消耗等,因为职业与职责的作用,他们关心的只是打泥与开口的好坏、铁口的稳定与否;而对钻头、出铁次数,只是一种习惯性操作,何况出铁次数由于受配罐、列车调配等因数影响,难以改变。因此,炮泥生产商必须多与铁厂的生产调度部门沟通,让其认识到不同钻头的适用性与炼铁生产的利弊,在条件成熟时,减少出铁次数,增加高性能炮泥的用量,保证高炉的稳定顺行,这样也利于降低炮泥消耗,减少生产成本。

责任编辑:李秋蓉