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分析高炉炮泥制造所用几种原料的作用

炮泥是高炉冶炼过程中,关系到高炉是否顺利运行的一种关键耐火材料。主要是填充铁口作用,在高炉炉前出铁作业中,炮泥的功能就如阀门,需要出铁时,将出铁口孔打开,出完铁后,能及时将出铁孔堵上,且要确保其充分的出铁时间。
随着我国钢铁工业的快速发展,高炉不断向大型化、长寿化、强化冶炼方向发展,对出铁口无水炮泥性能的要求越来越高。如今要求其具备良好的作业性(充填性、开口性)、透气性、烧结性、新旧炮泥的结合性、耐侵蚀性和抗冲刷性等,尤其是要求出铁过程喷溅时间短、扩孔速度慢。
炮泥按其结合剂分为三种:
1、以水作结合剂的称为有水炮泥
2、以焦油,蒽油、树脂等有机材料作结合剂的称为无水炮泥。
3、以特种有机材料作为结合剂的特种炮泥,如:环保炮泥。
炮泥的组成除结合剂外,还有骨料、粉料和外加剂组成。常用无水炮泥原料一般以刚玉、高铝矾土、焦宝石、碳化硅、粘云母、土及焦粉等,,按一定的粒度及重量组成基质,各种微粉以及超微粉原料的添加进一步的提高了其致密度及烧结性能,在结合剂的调和下使之具有一定的可塑性,从而可以通过泥炮打入铁口堵住铁水。
下面简要的分析炮泥制造所用几种原料的作用:
1、碳化硅 在泥料中配入一定数量的碳化硅其作用是为了填充主骨料颗粒之间的空隙,以形成耐火基质,利用其高熔点(2200℃)、耐侵蚀、高热导率、高耐磨性(硬度值达到2500kg/mm2)、高温强度高、热膨胀系数小、热震稳定性好的优点,使得使泥料具有更好的抗渣性、高温结构强度和热震稳定性,可改善其抗熔渣侵蚀和抗冲刷能力。但碳化硅在高温氧化气氛中易被氧化,因此在配入泥料中使用时应给予考虑,加多量的碳化硅会导致炮泥烧结性能差。
2、焦炭粉 主要是提高炮泥的透气性能和开口性能,同时在产温下,碳元素与焦油挥发的残碳相结合,形成碳结合象,保证炮泥的最终强度。焦炭的种类不同将产生不同化学反应及其他不同特征。焦炭的特性是气孔率高、导热及导电性能好,抗渣及热震稳定性好,使铁口保持还原气氛,对SiC、碳化网络及碳素材料起保护作用。
3、刚玉骨料和粉料刚玉 属于性耐火材料,具体密高、熔点高、硬度大,在高温状态下形成a-Al2O3,对于提高炮泥的抗渣铁冲刷性和抗炉渣的化学侵蚀作用以及炮泥的高温结构强度,具有很好的抗高温铁水侵蚀和冲刷磨损的性能。粗颗粒起到骨架作用,粉料能提高炮泥的强度和高温性能,改善透气性和体积稳定性,提高抗折强度,防止炮泥的断裂。
4、沥青 沥青作为含碳粘结剂配入泥料中,主要帮助结合剂发挥强化效应,可以进一步起到改进泥料某些性能的作用,在炮泥中起到增塑剂和粘结剂的作用。高温沥青在炮泥中可起到中、低温结合剂作用,在高温条件下,沥清成份碳化析出石墨碳,其加入量对无水炮泥的物理性能和作业性能影响很大。炮泥选用的沥清一般为高温沥青或改质沥青,其软化点要求在于100℃。沥青和焦油其水分的含量及加入量对炮泥质量有着重要的影响。
5、粘土粉(白泥) 炮泥生产中所选用的粘土粉为软质可塑性粘土,主要成分是Al2O3,+SiO2,粘土在中温(900-1400)下能烧结成陶瓷材料,具有一定的硬度和耐磨性。我们主要是利用其可塑性,起到结合剂和润滑剂的作用,提高炮泥的作业性能,此外,粘土具有很好的烧结性能,粘土粉要求其成分稳定,含水量低,否则将造成粘土的可塑性变差,附着性和烧结性减弱,保证不了炮泥的作业性变差。若大量引入粘土则导致烧结收缩大、产生断铁口、降低高温强度。
6、红石一种盛产于中国河南省的红色矿物,主要成分为SiO2,其次为Al2O3及少量其它氧化物,作为炮泥的膨胀剂,效果良好。它烧结性较好,高温下产生的膨胀有利于炮泥的体积稳定性,可以提高新旧炮泥的结合性。
7、氮化硅铁 氮化物具有难以被铁渣浸润的作用;由于铁的存在,高温下能促进氮化硅与碳的反应生产碳化硅,强化炮泥基质,提高了炮泥的中温强度和高温强度,增加了炮泥的耐侵蚀性和抗冲刷性。高温反应中产生氮气部分储存于气孔中,提高了炮泥的显气孔率,这样有利于提高炮泥的开口性,缩短开铁口时间,减少钻杆消耗及劳动强度,其加入量一般为8%—10%。
8、硼砂、硼酸硼砂是一种常用的助熔剂和烧结剂,它在878°C时熔化,其熔体中含有酸性氧化物B2O3 ;硼酸高温下分解成硼酐(即B203)。B2O3熔点450°C,与SiO2共熔点372°C,可使炮泥较低温度下产生液相,促进烧结,而在高温下B2O3与氧化铝形成A2B、A9B2,前者1035°C发生熔融分解,而后者熔点则高达1965°C。因此,硼砂等物质在炮泥中可起到间接液相烧结作用。此外,添加硼砂等,可在中温下与碳形成B2O3-C固熔体,提高中温强度。
9、绢云母 在中低温时,可以加速烧结、硬化过程,在高温状态下作为结合剂,使炮泥润滑性、可塑性增强,使铁口作业改善。
10、高铝骨料(铝钒土) 高铝骨料属于致密质耐火材料颗粒料,耐火度达到1770,在堵届铁口中起骨架作用。米径在3mm左右,Al2O3 ≥80%,吸水率<5%
11、氮化硅 具有熔点高、硬度高、热震稳定性好的特点,与Al2O3反应生成Si-Al-O-N陶瓷相,可以有效抑制炮泥和熔渣反应生产低熔点物相,提升炮泥的抗侵蚀能力。
设计炮泥配方的过程中,在满足某些性能要求时,难免对别的某些性能要求有所不利,为了尽可能实现所有要求,必须引入多种组分并限制其加入量(如结合剂、烧结剂,膨胀剂、抗蚀剂等),最终取得一个较好的平衡。

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