22 高性能环保型无水炮泥的研发与应用

高性能环保型无水炮泥的研发和应用

朱厚亮1)朱遂宾1)闫光辉1)刘国威1)苗文福1)张厚兴1)刘百宽1)

1)濮阳濮耐高温材料（集团）股份有限公司河南濮阳457100

Abstract

With the development of iron making technology and the enhancement of environmental awareness in the world wide, the volume of blast furnace was going larger and larger, the furnace top pressure was higher and the automation of blast furnace operation has reached a greater degree. So it is very important to develop eco-friendly tap hole clay with high performance. Three functions and basic characteristics of tap hole clay for blast furnace were firstly introduced in this article, followed by the discussion of the current situation, future trend and orientation of application in large-scale blast furnaces throughout the world. Finally the focus is on the introduction of development and application of eco-friendly silica tap hole clay with high performance, which is one of the independently developed products owned by PRCO, on 5250-m3 blast furnace in Asia. Key words: environment-friendly anhydrous tap hole clay, 5250-m3 blast furnace, tap hole

摘要

随着全球范围内炼铁技术水平的提高和环保意识的强化，高炉容积趋向于大型化、炉顶压力逐步提高并且高炉自动化操作也达到更高程度，因此迫切需求研发环保型高性能无水炮泥。本篇文章首先介绍了高炉出铁口用无水炮泥的三大功能和基本性能要求，其次介绍了世界范围内大型高炉用无水炮泥的现状和未来发展趋势，最后介绍的是由濮阳濮耐高温材料集团股份有限公司研发的高性能环保型无水炮泥在韩国三座5000m3级别大型高炉上的应用实绩。

关键词：环保型高性能无水炮泥；5000m3级别大型高炉；出铁口

引言：

近年以来，世界范围内的高炉炼铁技术朝着高效、低成本、低碳和节能环保方向发展。特别是大型高炉炼铁工艺通过富氧鼓吹、精料技术、高炉温以及补充燃料等技术实现了技术水平迅速提高。随着高炉容积的大型化、寿命的提高和出铁操作水平的进步，方便耐用的高性能环保无水炮泥越来越受到炼铁操作者的青睐。

无水炮泥的功能和基本性能

高性能环保无水炮泥是高炉出铁场操作用关键的功能耐火材料，发挥三大功能：出铁末期安全堵塞出铁口；稳定、顺利地排放炉内熔融渣铁；通过在炉缸内部形成蘑菇状泥包，保护炉缸侧墙转免受冲刷和侵蚀，延长高炉寿命。其必须具备的八种性能为：良好的可塑性能，适当的挤泥压力，高温体积稳定，新旧炮泥良好的粘附性能，迅速固化和烧结保证泥炮安全退回，易钻孔、保证足够铁口深度，抗高炉炉渣和铁水侵蚀和冲刷，以及环境友好性能。

图1：出铁口用炮泥的三大功能和八种基本性能之间的关系

世界范围内环保炮泥的现状和未来发展趋势

随着社会的发展和进步，人类早已认识到传统煤焦油和沥青结合高炉炮泥的巨大危害性，尽管它们具

有优良的可塑性能和耐用性能。煤焦油和沥青成分复杂，富含世界公认的16种具有强烈致癌作用的多环芳香烃，其中最为典型的就是苯并（a ）芘，其含量高达8400ppm 以上。相对于煤焦油和沥青而言，酚醛树脂结合炮泥的固化速度快，冒烟少，但是其内部含有的苯酚和甲醛单体也已经被列为危险物质的行列，并且实践证明它存在技术和使用缺陷。

为了保护环境和人身健康，世界上许多炼铁和高炉炮泥科研人员早已着手研制和使用生态环保型高炉炮泥。如法国TRB 公司、美国的Riverside 耐火公司、加拿大Dofasco 炼铁厂、日本品川集团、日本黑崎播磨集团、日本JFE 化学公司、英国维苏威耐火公司、德国蒂森克虏伯钢铁集团、德国瑞嘉化学公司等。

顺应世界高炉炮泥的发展趋势和方向，濮阳濮耐高温材料（集团）有限公司早在十年前就一直专注于研发生态环保型高炉炮泥。截止2009年底，濮耐集团已经开发出苯并（a ）芘浓度低于30ppm 的第三代环保炮泥，正因为其具备环保、耐用、低耗、稳定这些性能，系列产品已经在韩国、乌克兰、中国、俄罗斯、马来西亚、墨西哥等各种容积的高炉以及合金冶炼矿热炉上得以长期应用。

濮耐环保型无水炮泥的特点

目前世界范围内的大型高炉普遍使用抗铁水磨损性能好的超细微孔炭砖作为炉缸内衬材料，为了延长其使用寿命，炼铁操作者乐意使用具有良好开孔性能的出铁口炮泥材料，避免钻头反复振打对侧墙碳砖的损坏。众所周知，某些富硅质颗粒原料在出铁孔道这种高温受限制的环境下具备良好的蠕变性能和膨胀性能，使得炮泥能够形成更加致密的结构，新旧炮泥之间粘附更紧密，延长铁口深度。

濮耐环保型高性能无水炮泥是以富硅耐高温颗粒料、碳质材料、刚玉、耐渣铁侵蚀的SiC 和氮化硅等精选原料，外加自主研发的环保型液体结合剂混炼而成。塑性液体结合剂的原料本身含有极少量的致癌性物质PAHs ，特别是B （a ）P 含量低于30ppm ，符合欧洲环保标准。液体结合剂的特点是环保、高残炭、粘度低，高温下形成碳质网络，提高抗侵蚀性能，炮泥中液体结合剂含量低于12%就能具备良好的可塑性能。此外，炮泥制作过程中没有难闻气味出现，使用过程中更没有黑色、黄色等有害气体产生，有利于从事炮泥生产和出铁场操作人员的身体健康。

世界范围内濮耐炮泥的应用表现

自2010年1月开始，濮耐环保型无水炮泥持续应用在韩国3座5000m 3级别的特大型高炉出铁口，这种容积的高炉日产铁水13000吨。该客户对炮泥的性能要求是：环保、稳定、低耗和安全。期间，濮阳濮耐集团公司持续研发新型炮泥产品适应客户对降低炼铁成本和改善员工劳动环境的更高要求。2014年研发人员针对该市场进步新需求，研制出代号为PN-HD-2和PN-HD-3的新型硅质炮泥并得以连续应用。表1中列出了炮泥组分和液体结合剂的化学成分指标，表2中列出了炮泥的物理指标。

表1：炮泥和液体结合剂的化学组成 表2：炮泥烧成之后的物理指标检测结果

产品对比使用过程中都表现出了良好的耐用性能、足够的铁口深度和很低的吨铁消耗量。相对而言，

PN-HD-3明显具备更好的开孔性能，实现一根钻杆开孔率大于95%，平均开孔时间在3分钟以内。

表3和表4分别列出的是PN-HD-2和PN-HD-3高性能环保无水炮泥的部分使用业绩表。