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降低炮泥气孔率的分析与探索

发布时间:2021/06/12 行业新闻 标签:耐火砖浏览次数:48

摘要:通过对不同炮泥使用情况和检测指标的分析,发现炮泥的显气孔率是一个检测数据相对比较可信的指标,能够比较准确的反映炮泥的致密程度,同时与炮泥使用中铁口孔道渣铁渗漏的比例以及出铁时间有着较强的相关性。通过实验室试验和工业试验,发现通过添加超微粉、改善炮泥塑形、合适的颗粒级配、选用树脂作为结合剂、添加促烧结剂等措施可以有效降低炮泥的显气孔率,提高炮泥致密度,从而延长出铁时间。

关键词:无水炮泥;气孔率;致密度

无水炮泥是用来堵塞高炉出铁口的耐火材料,其质量的好坏直接影响高炉的顺行和正常生产。随着高炉向大型化和长寿化的方向发展,无水炮泥已经从单纯的消耗型耐材转化成功能型耐材,这就要求炮泥不仅要具有堵塞铁口和稳定出铁的功能,更要延长出铁口深度,形成合适的泥包,承受炉内渣铁环流的冲刷和侵蚀,从而达到保护高炉炉缸的目的。

为了研究炮泥性能,并希望通过检测炮泥的理化指标来预测炮泥的使用效果,笔者对炮泥进行较多的的检测。限于试验条件,所检测的主要物理指标包括显气孔率、体积密度、常温耐压强度、烧成线变化率等。通过对检测数据的比对发现显气孔率数据的波动相对较小,比较稳定。笔者检测国内某公司的一炮泥到保护高炉炉缸的目的。

样品的检测数据波动幅度:显气孔率5%,体积密度9%,常温耐压强度58%,烧成线变化率128%。可以说明,显气孔率具有较高的可信度,能够比较准确地反映炮泥的致密程度,同时与炮泥使用中铁口孔道渣铁渗漏的比例以及出铁时间有着较强的相关性。

1试验

本试验所用的主要原料包括高铝矾土熟料、碳化硅、广西维罗白泥、焦炭、绢云母、沥青、氮化硅铁及其他添加剂,结合剂包括焦油和树脂。按照事先确定的配方进行配料,并按照配方加入结合剂,在混碾机中进行混碾,并正常挤泥,在挤泥到一半左右时取样;将炮泥样烘至80℃左右,然后将炮泥样分成指头大小的小块,填充到40mm×40mm×160mm的三联模中,注意四角扒料,然后用木锤敲打,使其填充紧密;待条样冷却硬化之后取出条样,装到铁盒里面(铁盒尺寸略大于条样尺寸),然后将条样连同铁盒一起埋入≤1mm的焦炭之下,放入烘箱中进行450℃保温5h处理;把热处理完之后的条样在电炉中埋碳进行烧结,分别为1000和150℃保温3h。最后按照GB/T2997—2000检测试样的显气孔率。

2结果与分析

2.1选择合适的颗粒级配

炮泥中所用原料应被认为是连续的粒度,那么颗粒分布应该遵循Andreassen方程[1],综合文献资料及现有配方,本试验所选取的q值分别为0.19、0.21、0.23和0.25。

由于紧密堆积理论仅仅反映初始致密程度,高温处理之后将受到其他因素影响,因此我们仅仅根据450℃保温5h埋碳热处理之后的显气孔率来判断。

粒度分布系数q值与显气孔率的关系见图1。可以看出,粒度较粗一些,颗粒比例偏大一些,低温热处理之后的显气孔率相对要低一些。这个结果基本与Andreassen的紧密堆积理论相符合,但是这个规律也只存在于一定的范围内,颗粒比例过大,反而也会使得显气孔率上升,这可能是因为炮泥所用原料的最小颗粒粒度实际并非无限制,另外热处理过程也会对初始的致密度产生改变。试验显示q值取0.23是相对比较合适的。

2.2添加超微粉

添加炭黑能有效降低炮泥的显气孔率,尤其是高温烧成后的显气孔率。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细粉之间的空隙,但是从上表中可以看见,添加炭黑对降低显气孔率的效果,中高温烧成之后的效果反而比低温处理之后的效果来的明显,可能说明炭黑由于固定碳含量更高能形成更多的碳键。

添加硅微粉黑能有效降低炮泥的显气孔率,但是降低的幅度有限,效果并不非常明显。在炮泥中添加硅微粉,一方面是与一般的超微粉一样,可以填充一般细粉之间的空隙,添加硅微粉的效果并不太明显,是明哪怕是很细的微粉,要在炮泥里面与氧化铝的细粉合成莫来石还是非常困难。

添加活性氧化铝微粉能有效降低炮泥的显气孔率,对中低温下显气孔率的降低效果比较明显。在炮泥中添加硅微粉,一方面是与一般的超微粉一样,可以填充一般细粉之间的空隙,由于添加量比较大,因此效果相对比较明显。

还可以看出,添加活性氧化铝微粉能有效降低炮泥的显气孔率,对中低温下显气孔率的降低效果比较明显。在炮泥中添加硅微粉,一方面是与一般的超微粉一样,可以填充一般细粉之间的空隙,由于添加量比较大,因此效果相对比较明显。

总之,在炮泥中添加超微粉基本上对降低显气孔率都有一定的效果,但是程度各有不同,因此可以考虑多种超微粉进行复合,并在加入之前进行预混。

2.3改善炮泥塑性

炮泥的塑性直接影响到炮泥的挤出特性,亦即会影响炮泥成型的难易程度,因此可能会影响到炮泥的致密程度。相同配方下,结合剂加入量越大,炮泥塑性越好。图5示出了炮泥显气孔率与焦油加入量的关系。随着焦油加入量的增加,炮泥的显气孔率先变小,后变大,变化幅度不大。塑形太差,炮泥比较干涩,难以成型致密。反过来结合剂加入量过大,加热处理之后结合剂碳化之后留下的空隙也越多,反而会增加显气孔率。

随着马夏值的降低,炮泥显气孔率先下降后上升,因此可以预测马夏值的控制存在一个拐点,我们需要找到这个合适的点,而且可以肯定这个拐点也会随着配方的改变而改变。

2.4选择不同的结合剂

不同结合剂会直接影响到炮泥的显气孔率,一方面是不同结合剂会影响炮泥的塑性,另一方面不同结合剂碳化后残碳的多少以及形成的碳键的数量都对显气孔率产生作用。本次加入T树脂的显气孔率确实相对最低。

这里主要讨论促烧结剂和抗氧化剂的作用。通过促烧结剂的加入,高温下形成玻璃相,填充于空隙之中,冷却之后检测显气孔率,自然会稍低一些,更重要的是通过烧结,让基质与骨料结合得更好。由于炮泥中由大量的炭质材料,如何防止炭质材料少被氧化就很重要。借鉴镁碳砖和滑板的经验,加入金属单质可望起到抗氧化剂的作用。可知:加入金属单质为抗氧化剂,同时加入促烧结剂,显著降低了炮泥的显气孔率。

3工业试验

根据前述思路设计的配方分别在某两座1080m3高炉和某1250m3高炉使用。大生产炮泥的指标典型值如表1所示。调整后的A配方炮泥在日铁产量差不多的情况下,两座1080m3高炉一次出铁时间分别延长了16和7min。调整后的B配方炮泥在某1250m3高炉使用,日均铁次下降12%,出铁时间低于70min的比例下降了9个百分点,同时铁口喷溅现象得到根本好转,基本得到抑制。

表1大生产炮泥的显气孔率典型值

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4结论

(1)通过对不同炮泥使用情况和检测指标的分析,发现炮泥的显气孔率是一个检测数据相对比较可靠的指标,能够比较准确的反映炮泥的致密程度,同时与炮泥使用中铁口孔道渣铁渗漏的比例以及出铁时间有着较强的相关性。

(2)通过添加超微粉、改善炮泥塑形、合适的颗粒级配、选用树脂作为结合剂、添加促烧结剂等措施可以有效降低炮泥的显气孔率,提高炮泥致密度,从而延长出铁时间。

参考文献

[1]李红霞.耐火材料手册[M].北京.冶金工业出版社,2007:527.

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

[3]张正富,范咏莲,刘兴平,等.结合剂对无水炮泥性能的影响[J].耐火材料,2013,47(增刊1):199-201.

文章作者:陆晓锋刘利华周珩辉

文章选自第十四届全国不定形耐火材料学术会议论文集,如有侵权,请联系删除。