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高爐炮泥的損毀機(jī)制以及氮化硅鐵在炮泥種的應(yīng)用現(xiàn)狀
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作者:佚名
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發(fā)布時間: 2021-01-22
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高爐出鐵口用炮泥是功能性耐火材料，在高爐爐前出鐵作業(yè)中，炮泥的功能就如閥門，需要出鐵時，將出鐵口孔打開，出完鐵后，能及時將出鐵孔堵上，且要其充分的出鐵時間。
高爐出鐵口用炮泥是功能性耐火材料，在高爐爐前出鐵作業(yè)中，炮泥的功能就如閥門，需要出鐵時，將出鐵口孔打開，出完鐵后，能及時將出鐵孔堵上，且要其充分的出鐵時間。
圖1 高爐出鐵口剖面圖
高爐出鐵口用炮泥要具備以下性能：
a)易開孔，當(dāng)出鐵口需要出鐵時，出鐵口孔內(nèi)已經(jīng)燒結(jié)的炮泥能較容易鉆通開孔，及時出鐵;
(2)易堵口，當(dāng)出鐵口出鐵完畢，能在較短的時間將出鐵口堵上，且的打泥量，保持穩(wěn)定的鐵口深度;
(3)良好的粘合性，打入出鐵孔內(nèi)的新炮泥要與孔內(nèi)的舊炮泥有良好的粘合性，使新、舊炮泥形成整體，因縫隙存在，而引起滲鐵、滲渣、影響出鐵及發(fā)生爐前事故;
(4)良好的燒結(jié)性，要求打入的炮泥在低溫、中溫、高溫三個溫度階段不同程度的燒結(jié)，及時堵上鐵口，同時在爐缸內(nèi)形成大的泥包，起到保護(hù)爐缸內(nèi)襯磚的作用。
(5)具有良好的射沖刷、耐侵蝕性能，使出鐵口孔徑不急劇擴(kuò)大，出鐵時間在15~18分/次，減輕爐前的勞動強(qiáng)度、減少爐前的資材消耗。
高爐炮泥主要的損毀機(jī)制
熱應(yīng)力損毀。出鐵時鐵口被鉆頭鉆開，熾熱的鐵水和熔渣從鐵口流出，使鐵口炮泥承受15℃以上高溫。當(dāng)鐵渣出完，用炮泥重新堵鐵口時，舊炮泥接觸新堵口的炮泥，溫度從15℃降到2℃左右，這樣反復(fù)作用，在舊炮泥產(chǎn)生的熱應(yīng)力，易導(dǎo)致以鐵口為圓心的圓弧形裂紋。
熱化學(xué)侵蝕。炮泥與鐵液及渣熔液長時間接觸，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使炮泥被侵蝕。反應(yīng)生成低熔點(diǎn)礦物相，在出鐵期間，隨著鐵渣熔液的沖刷而流失，使出鐵口孔徑擴(kuò)大，造成鐵水沖出鐵口，影響鐵口穩(wěn)定。
目前高爐炮泥的弱點(diǎn)即是鐵口擴(kuò)徑較快，鐵水沖刷性不足，導(dǎo)致高爐爐缸內(nèi)的鐵水出不凈，影響產(chǎn)量，同時不利于高爐順行。另外，開口困難，導(dǎo)致鐵口不能按時打開，影響正常出鐵。因此，外許多大型高爐采用插棒法或配備具有較強(qiáng)正、逆沖擊能力的開口機(jī)來解決高爐炮泥開口較難的問題。一般情況下，高爐出完鐵后，原炮泥的表面就滲進(jìn)了渣鐵，在新炮泥堵入鐵口后，新舊炮泥的交界處形成隔層，不利于粘結(jié)。由此，高爐內(nèi)的鐵水會沿著新舊炮泥的縫隙進(jìn)入，從而導(dǎo)致炮泥的中部出現(xiàn)渣鐵滲透區(qū)域。渣鐵滲透區(qū)域的形成在也增加了鐵口開口難度。鐵口不易打開，很容易導(dǎo)致重大的生產(chǎn)事故。外對高爐出鐵口炮泥的現(xiàn)場可操作性都重視。
氮化硅鐵在高爐炮泥中的應(yīng)用現(xiàn)狀
氮化硅鐵具有Si3N4的特性，含有的金屬相Fe能燒結(jié)，在又能解決Si3N4難燒結(jié)的問題，而且價格比Si3N4低廉，故對氮化硅鐵在炮泥中應(yīng)用的研究越來越多。
炮泥中的氮化硅鐵在反應(yīng)觸媒一金屬相Fe和碳的參與下反應(yīng)生成Si2N2O、SiC和AlN新相，強(qiáng)化了炮泥的基質(zhì)和組織結(jié)構(gòu)，材料的中溫和高溫強(qiáng)度。而且，試樣Si3N4氧化生成的SiO2活性較高，其能與材料中的Al2O3反應(yīng)生成莫來石，進(jìn)一步高溫強(qiáng)度及材料的耐沖刷性，延長出鐵時間。高溫下N2和CO等氣體的逸出使試樣中產(chǎn)生氣孔，炮泥在實(shí)際使用過程中的開孔性能。同時，生成的N2和CO減少了炮泥與鐵水接觸界面的摩擦作用，而且一部分氣體又貯存于氣孔中，這雙重作用均抑制了鐵水及熔渣向炮泥中的滲入及蝕損，材料的侵蝕和滲透性能。
氮化硅鐵在發(fā)達(dá)的高爐炮泥中得到普遍應(yīng)用，使炮泥開堵性能得到了明顯改善，高爐出鐵的需要，成為現(xiàn)代化大高爐炮泥的成分。日本在上世紀(jì)7年始使用氮化硅鐵。應(yīng)用氮化硅鐵時間較短，寶鋼先在炮泥中添加氮化硅，使炮泥性能得到改善了寶鋼煉鐵的需要。其它鋼廠基本上氮化硅鐵，因?yàn)榈梃F的銷售價格大約為氮化硅銷售價格的一半，另外在使用性能上兩者基本接近。近3年來，重點(diǎn)大型鋼鐵企業(yè)2m3以上高爐堵口炮泥基本上都使用氮化硅鐵。添加氮化硅鐵的炮泥很好地了大型高爐的需要，使高爐出鐵次數(shù)由18次普遍降12次，的降到6次。炮泥的消耗量由1.2kg/噸鐵降.5kg/噸鐵。
圖1 高爐出鐵口剖面圖
高爐出鐵口用炮泥要具備以下性能：
a)易開孔，當(dāng)出鐵口需要出鐵時，出鐵口孔內(nèi)已經(jīng)燒結(jié)的炮泥能較容易鉆通開孔，及時出鐵;
(2)易堵口，當(dāng)出鐵口出鐵完畢，能在較短的時間將出鐵口堵上，且的打泥量，保持穩(wěn)定的鐵口深度;
(3)良好的粘合性，打入出鐵孔內(nèi)的新炮泥要與孔內(nèi)的舊炮泥有良好的粘合性，使新、舊炮泥形成整體，因縫隙存在，而引起滲鐵、滲渣、影響出鐵及發(fā)生爐前事故;
(4)良好的燒結(jié)性，要求打入的炮泥在低溫、中溫、高溫三個溫度階段不同程度的燒結(jié)，及時堵上鐵口，同時在爐缸內(nèi)形成大的泥包，起到保護(hù)爐缸內(nèi)襯磚的作用。
(5)具有良好的射沖刷、耐侵蝕性能，使出鐵口孔徑不急劇擴(kuò)大，出鐵時間在15~18分/次，減輕爐前的勞動強(qiáng)度、減少爐前的資材消耗。
高爐炮泥主要的損毀機(jī)制
熱應(yīng)力損毀。出鐵時鐵口被鉆頭鉆開，熾熱的鐵水和熔渣從鐵口流出，使鐵口炮泥承受15℃以上高溫。當(dāng)鐵渣出完，用炮泥重新堵鐵口時，舊炮泥接觸新堵口的炮泥，溫度從15℃降到2℃左右，這樣反復(fù)作用，在舊炮泥產(chǎn)生的熱應(yīng)力，易導(dǎo)致以鐵口為圓心的圓弧形裂紋。
熱化學(xué)侵蝕。炮泥與鐵液及渣熔液長時間接觸，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使炮泥被侵蝕。反應(yīng)生成低熔點(diǎn)礦物相，在出鐵期間，隨著鐵渣熔液的沖刷而流失，使出鐵口孔徑擴(kuò)大，造成鐵水沖出鐵口，影響鐵口穩(wěn)定。
目前高爐炮泥的弱點(diǎn)即是鐵口擴(kuò)徑較快，鐵水沖刷性不足，導(dǎo)致高爐爐缸內(nèi)的鐵水出不凈，影響產(chǎn)量，同時不利于高爐順行。另外，開口困難，導(dǎo)致鐵口不能按時打開，影響正常出鐵。因此，外許多大型高爐采用插棒法或配備具有較強(qiáng)正、逆沖擊能力的開口機(jī)來解決高爐炮泥開口較難的問題。一般情況下，高爐出完鐵后，原炮泥的表面就滲進(jìn)了渣鐵，在新炮泥堵入鐵口后，新舊炮泥的交界處形成隔層，不利于粘結(jié)。由此，高爐內(nèi)的鐵水會沿著新舊炮泥的縫隙進(jìn)入，從而導(dǎo)致炮泥的中部出現(xiàn)渣鐵滲透區(qū)域。渣鐵滲透區(qū)域的形成在也增加了鐵口開口難度。鐵口不易打開，很容易導(dǎo)致重大的生產(chǎn)事故。外對高爐出鐵口炮泥的現(xiàn)場可操作性都重視。
氮化硅鐵在高爐炮泥中的應(yīng)用現(xiàn)狀
氮化硅鐵具有Si3N4的特性，含有的金屬相Fe能燒結(jié)，在又能解決Si3N4難燒結(jié)的問題，而且價格比Si3N4低廉，故對氮化硅鐵在炮泥中應(yīng)用的研究越來越多。
炮泥中的氮化硅鐵在反應(yīng)觸媒一金屬相Fe和碳的參與下反應(yīng)生成Si2N2O、SiC和AlN新相，強(qiáng)化了炮泥的基質(zhì)和組織結(jié)構(gòu)，材料的中溫和高溫強(qiáng)度。而且，試樣Si3N4氧化生成的SiO2活性較高，其能與材料中的Al2O3反應(yīng)生成莫來石，進(jìn)一步高溫強(qiáng)度及材料的耐沖刷性，延長出鐵時間。高溫下N2和CO等氣體的逸出使試樣中產(chǎn)生氣孔，炮泥在實(shí)際使用過程中的開孔性能。同時，生成的N2和CO減少了炮泥與鐵水接觸界面的摩擦作用，而且一部分氣體又貯存于氣孔中，這雙重作用均抑制了鐵水及熔渣向炮泥中的滲入及蝕損，材料的侵蝕和滲透性能。
氮化硅鐵在發(fā)達(dá)的高爐炮泥中得到普遍應(yīng)用，使炮泥開堵性能得到了明顯改善，高爐出鐵的需要，成為現(xiàn)代化大高爐炮泥的成分。日本在上世紀(jì)7年始使用氮化硅鐵。應(yīng)用氮化硅鐵時間較短，寶鋼先在炮泥中添加氮化硅，使炮泥性能得到改善了寶鋼煉鐵的需要。其它鋼廠基本上氮化硅鐵，因?yàn)榈梃F的銷售價格大約為氮化硅銷售價格的一半，另外在使用性能上兩者基本接近。近3年來，重點(diǎn)大型鋼鐵企業(yè)2m3以上高爐堵口炮泥基本上都使用氮化硅鐵。添加氮化硅鐵的炮泥很好地了大型高爐的需要，使高爐出鐵次數(shù)由18次普遍降12次，的降到6次。炮泥的消耗量由1.2kg/噸鐵降.5kg/噸鐵。
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