高炉炮泥的分类、应用、配比原料及损毁机理

炮泥是一种不定形的功能性耐火材料，用于炼铁高炉的封堵铁口过程。炮泥的组成可以分成两个部分:耐火骨料和结合剂。耐火骨料是指刚玉、莫来石、焦宝石等耐火原料和焦炭、云母等改性材料，用于提高炮泥的耐火度、高温性能以及抗渣性;结合剂为水、焦油沥青或酚醛树脂等有机材料，还可配合掺加SiC、Si₃N₄，膨胀剂和外加剂等用于提高炮泥的物理性能和产品质量。

炮泥一般按结合剂的不同可以分为有水炮泥和无水炮泥两大类。就国内来说，一般顶压较低、强化冶炼程度不高的中小型高炉(<2000m³)使用有水炮泥;而顶压较高、强化冶炼程度高的大中型高炉(>2000m³)一般使用无水炮泥。国外以日本高炉为代表的众多高炉普遍采用高质量的无水炮泥，同时配以特殊的开口方法和开口机。

有水炮泥通常以黏土、焦粉、钒土熟料和焦油沥青为主料，再以水为结合剂混合搅拌所得。有水炮泥是早期大量使用的一种炮泥，但由于其体积密度比较小，抵抗铁渣溶液的冲刷能力较弱，在大中型高炉上使用时容易造成铁口深度不够、出铁期间跑焦炭、出铁放风以及出不净铁渣等现象，影响高炉的正常生产。至今，由于有水炮泥成本低的特点，许多中小型高炉(<2000m³)仍在改进其成分，为适应冶炼环境而努力，其单耗在1.2kg·t⁻¹以上。

无水炮泥一般以刚玉、高铝矾土、黏土、绢云母、沥青、碳化硅、焦粉等为原料，采用焦油、树脂等作为结合剂。刚玉和高铝矾土的体积密度较大，在炮泥中起到支撑骨架的作用，是构成炮泥强度的基础，大大提高了炮泥抵抗铁渣溶液冲刷的能力;焦粉具有良好的还原性，可保护其他炭素成分、维持高炉铁口的还原性氛围，而且导热性良好，能够迅速烧结并具有一定的烧结强度;碳化硅热膨胀系数小、导热性好、抗热震性优异，可提高炮泥的耐火度、体积稳定性、高温强度以及抗冲刷能力;黏土和沥青提高了炮泥的可塑性;绢云母提高了炮泥的烧结强度以及可塑性。无水炮泥在出铁孔道内具有无潮湿现象、强度高、铁口深度稳定、出铁过程铁口变化小等优点，且不会造成跑大流。

影响高炉炮泥性能和品质的因素主要有炮泥原料、结合剂、添加剂和生产工艺等。

高炉出铁口用炮泥要具备以下性能：

a)易开孔，当出铁口需要出铁时，出铁口孔内已经烧结的炮泥能较容易钻通开孔，及时出铁;

(2)易堵口，当出铁口出铁完毕，能在较短的时间将出铁口堵上，且确保足够的打泥量，保持稳定的铁口深度;

(3)良好的粘合性，打入出铁孔内的新炮泥要与孔内的旧炮泥有良好的粘合性，使新、旧炮泥形成整体，防止因缝隙存在，而引起渗铁、渗渣、影响出铁及发生炉前安全事故;

(4)良好的烧结性，要求打入的炮泥在低温、中温、高温三个温度阶段都能达到不同程度的烧结，及时堵上铁口，同时在炉缸内形成足够大的泥包，起到保护炉缸内衬砖的作用。

(5)具有良好的射冲刷、耐侵蚀性能，使出铁口孔径不急剧扩大，保证出铁时间在150~180分/次，减轻炉前的劳动强度、减少炉前的资材消耗。

高炉炮泥主要的损毁机制

热应力损毁。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。

热化学侵蚀。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。

目前高炉炮泥的最大弱点即是铁口扩径较快，抗铁水冲刷性不足，导致高炉炉缸内的铁水出不净，影响产量，同时不利于高炉顺行。另外，开口困难，导致铁口不能按时打开，影响正常出铁。因此，国内外许多大型高炉采用插棒法或配备具有较强正、逆冲击能力的开口机来解决高炉炮泥开口较难的问题。一般情况下，高炉出完铁后，原炮泥的表面就渗进了渣铁，在新炮泥堵入铁口后，新旧炮泥的交界处形成隔层，不利于粘结。由此，高炉内的铁水会沿着新旧炮泥的缝隙进入，从而导致炮泥的中部出现渣铁渗透区域。渣铁渗透区域的形成在一定程度上也增加了铁口开口难度。铁口不易打开，很容易导致重大的安全生产事故。国内外对高炉出铁口炮泥的现场可操作性都非常重视。

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