常正钦
（伊川县喜曌耐火材料有限公司，洛阳伊川）
1 背景与意义
伴随着中国钢铁企业的大发展，中国高炉数量庞大，据不完全统计，目前大陆有1400多座高炉，其中有相当大一部分已经进入炉龄的中后期，再加上高炉冶炼强度大，冶炼手段丰富，使得高炉以超高寿命服役，高炉利用系数不断提高，小高炉也不得不改用无水炮泥。
目前国内无水炮泥材料以铝-碳-炭化硅系为主，还有就是铝硅-碳化硅系的，结合剂大多选用焦油或含焦油的复合油，沥青也作为低温辅助黏合剂用，树脂结合的成本较高，应用较少，使用效果没有详细的数据支持。焦油中含有大量的有害成分，其中以苯并芘（Benzo(a)pyreneC20H12）危害最大，苯并芘是芳烃类化合物中毒性最大的，最强烈的致癌物，而焦油、沥青是其最主要的载体。苯并芘释放到大气中以后，和大气中各种类型物质微粒所形成的气溶胶结合在一起，形成大量悬浮的PM2.5，对人体健康和环境造成很大的危害。因此需要采用无焦油 、无沥青、无焦末制备的环保炮泥，降低苯并芘排放量，使用过程中减少粉尘产生，消除黑黄烟，提高高炉无水炮泥使用的环保性。
高炉出铁口长期受到严重侵蚀，炉膛端会出现喇叭口，这将导致铁口浅，铁流不稳定，见风早，出不净铁，甚至跑大流，严重影响正常出铁，并最终影响到出铁产量，同时高炉安全性也会受到威胁。特别是使用寿命中后期的高炉，必须对高炉出铁口进行修复和维护。利用钒、钛熔点高，粘度大，附着力强等特点，并加入其它改性剂等物质，使得炮泥在使用过程中，在高温下容易沉积在高炉侧壁及炉缸区域和出铁口上，对扩孔的部位实现修复，从而保证了高炉正常出铁，间接提高了高炉寿命。
2 炮泥性能设计
2.1 基料主要有均化料、高铝、 刚玉、黑矾土、金红石、碳化硅、碳、黏土、氮化硅、氮化硅铁，膨胀材料，复合料、环保结合剂，外加剂有金属硅粉、特殊润湿剂、有害物质改性剂。
2.2 加入铝硅酸盐可以保证炮泥在烧结过程中出现微膨胀，既降低了生产成本，又使得出铁口无裂纹不易渗铁。引入复合添加剂可以降低生产成本，又增加了炮泥的润滑性，抗侵蚀性，可以大幅度提高炮泥抵抗铁水侵蚀的能力。而大部分传统炮泥则是收缩的，个别膨胀的则强度太低，抗冲刷能力差。
2.3 引入氮化硅铁、金红石粉能够显著增加炮泥的高温抗侵蚀性，抗铁水冲刷能力，同时也能促进炮泥的烧结，便于早点拔出压炮机。
2.4 采用环保结合剂，结合剂中中苯并芘含量不高于300ppm，焦油残碳量不足在20%，沥青残碳45%左右，环保结合剂残炭在36%，这是环保结合剂替代焦油和沥青成为可能。使用复合料替代焦沫，这可以减少粉尘，提高抗侵蚀性能。
2.5 钒是一种银灰色的金属。熔点1919℃，比重6.11g/cm3。以2、3、4、5价离子存在于自然界中，以氧化物居多。钛的熔点1668℃，密度为4.51 g/cm3，以2、3、4价离子存在于自然界中。高温下会发生如下反应：
VmOn+C——VmC+CO
VmOn+Ca(Mg\Fe)——CaO(MgO\FeO)+V
TimOn+C——TimC+CO
TimOn+Ca(Mg\Fe)——CaO(MgO\FeO)+Ti
配料时直接加入V2O5和烧结钛精矿、脱氮的精炼合成渣、脱氮的炉渣、高钛渣、金红石、钛白粉等含钛物质，当然反应和生成物会更复杂。但结果都是生成熔点更高的钒钛物质，这些物质会沉积在出铁口处，甚至渗入铁口耐材之中，从而完成修复作用。
3 产品制备
选用2500型国内最先进的碾泥机，炮泥原料和结合剂在碾泥机中碾压，碾压温度在70℃左右，碾压40分钟，自行设计130挤泥机、切片机，纵向设计流水生产线，物料、结合剂电子计量、计算机温控，混炼、出泥、切片、成型，全息数字控制，马夏值随机检测。由于大量使用合成材料，炮泥成分相对于传统产品稳定的多。
4 不同种类结合剂对炮泥性能影响
（以同等条件下用焦油制成的炮泥被铁水侵蚀的程度为100，和其他两种粘结剂作对比，指数值越低，代表抗侵蚀性越好）。
图1 炮泥被侵蚀指数
由图1可以看出，与树脂炮泥、焦油炮泥相比，环保炮泥最抗渣铁侵蚀。炮泥在该温度下5小时后的常温强度，单位：Mpa。
图2 炮泥高温强度对比表
由图2可以看出，与树脂炮泥、焦油炮泥相比，环保炮泥高温下强度高，从而更抗铁水侵蚀。炮泥在该温度下5小时后的表面气孔率，单位：%。
图3 炮泥加热后的表面气孔率对比表
由图3可以看出，与树脂炮泥、焦油炮泥相比，同等条件下，环保炮泥在高温下显气孔率最低，从而环保炮泥更耐冲刷。
图4 几种粘接剂的硬化率对比表
由图4可以看出，树脂炮泥冷碎强度随时间增加，强度迅速增加，在现场使用时会出现炮泥烧结太快 ，甚至在泥炮机都可能烧结；焦油炮泥在同样时间内，强度低，会出现压炮时间长，增加了操作难度；环保炮泥冷碎强度适当，不会出现炮泥过快烧结，也不会导致压炮时间过长，相对最佳。与普通炮泥产品相比，该炮泥环保性能好，打泥容易，压炮时间短，开口容易，无明显扩口，作业环境好，有易于工人操作和身心健康，有利于环境保护。
5 应用
将钒钛功能炮泥装入泥炮机后，将铁口由内到外挤入炮泥，从而实现对铁口里端的集中修复，同时又没有对材料造成浪费。由于后面大量的炮泥造成透气性差，如果结合剂中产生的蒸汽量大，这会导致其它问题的产生。使用环保结合剂使得炮泥成本比同类炮泥绝对成本高，不适用于小型高炉。但对于大型高炉则完全可以使用，在2500立方以上高炉上，吨铁耗泥量是焦油炮泥的50%-70%，这完全可以弥补绝对成本的增加，在特大型高炉上，其吨铁炮泥成本低于焦油炮泥，在型大高炉上完全可以推广使用。
钒钛功能型炮泥已经在多座高炉使用，一般一个月铁口就有起色，三个月效果明显，半年为一个修复完成期。一旦铁口修复，其铁口很牢固，泥包跨塌可以避免，又由于钒钛功能型炮泥热阻值低，导热快，很利于炮泥整体烧结。除了炮泥质量好外，现场操作至关重要，坚持、认真、循序渐进、才能达到理想的使用结果。
6 结论
随着炼铁技术的进步与高炉强化冶炼的需要，人们逐渐认识到了炮泥质量对高炉连续正常生产的重要性，钒钛功能型炮泥能够明显起到对高炉出铁口的修复与维护作用，采用的环保结合剂能够显著降低炮泥在生产和使用过程中的产生的有害物质，满足了高炉大型化、超大型化后高风压、高顶压和出铁次数少对无水炮泥提出的要求，实现了现代化钢铁企业技术、质量、环保和安全目标。