浅谈高炉出铁口用炮泥的发展与存在的问题

浅谈高炉出铁口用炮泥的发展与存在的问题随着高炉向长寿命、强化冶炼和大型化方向发展，作为高炉出铁口使用的耐火材料－炮泥在材质与质量方面不断地改进和提高，已从单纯的消耗性耐火材料转向功能性耐火材料。炮泥的性能对于铁口的维护有着非常重要的作用，为了满足高炉安全生产的要求，国内外的科技工作者和工程技术人员对炮泥进行了多方面的攻关，如提高原材料的纯度以降低炮泥内杂质的含量，以不同的有机结合剂代替水拌和炮泥料以改善炮泥的结合性，在炮泥内添加新的功能材料以改善炮泥的抗渣铁侵蚀性和冲刷性等，所有这些都为改善炉前的作业环境、减轻工人的劳动强度起到了积极的作用。

目前国内的大型高炉用炮泥始终存在较多的问题，但从2003年起，北京科技大学研制开发新型无水炮泥，通过使用北京科技大学自主开发的耐火原料－氮化硅铁，同时对炮泥的生产工艺进行系统的研究，解决了以往大型高炉用炮泥使用上的缺陷，使大型高炉用无水炮泥的使用性能取得了突破性的提高，最大限度地满足大型高炉的冶炼要求和寿命要求，为延长高炉寿命打下了坚实的基础。

高炉出铁口用炮泥的损毁机理

1 热机械侵蚀

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。新炮泥在干燥和烧结过程中，结合剂的挥发，

留下大量的气孔，新旧炮泥的接触面上，也会由于新炮泥的烧结收

缩产生缝隙，这就使得熔融的渣铁液体易渗入这些缝隙中，当下次

铁口打开时，在熔流强烈的冲刷下，炮泥发生脱落损毁。

2 热化学侵蚀

我国高炉大量使用烧结矿，仅少量球团矿和矿石，渣铁比高，

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。反应生成铁橄榄石（F2S），铁堇青石（F2AS5），铁铝酸四钙（C4AF），锰堇青石（2MnO·2Al2O3·5SiO2）等低熔点矿物相，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。

3 出渣出铁方式的影响

若高炉同时设有出铁口和出渣口，可减轻铁口的出渣量。若不

设渣口，渣铁熔液全部通过铁口排出，将增加铁口的工作负荷，使

炮泥损毁加剧。另外，铁口直径、铁口深度、铁水和渣层水平面的

厚度、炉内煤气压力等对放出的铁水和炉渣有直接的影响。稳定操作、获得较长时间出铁、避免出铁量急剧增加时加剧磨损，这些都

与炮泥的性能有直接关系，炮泥优良的抗渣铁冲刷及耐侵蚀性能可

以减少出铁口直径及铁口深度的快速恶化。

4 出铁次数的影响

高炉出铁次数少，炮泥在铁口内烧结完全，有利于铁口的维护。出铁次数多，出铁间隔时间短，炮泥在铁口内烧结不完全，结构强

度低，炮泥抗渣铁化学侵蚀和机械冲刷性能变差，潮铁口，浅铁口

经常出现，铁口不能见渣，经常跑大流，只能放风或拉风出铁，影

响高炉的安全生产。追求长时间出铁、减少出铁次数是大型高炉的努力方向。

5 开铁口方式的影响

无水炮泥烧结强度大，开口较难，用合金钻头配合氧气吹烧，开口时间长，铁口孔径不稳定，且O2易对炮泥中的C产生氧化。同时降低铁口的稳定性，增加工人的劳动强度。

国内外炮泥的发展现状

我国是产铁大国，有炼铁高炉上千座，炉容大小不等，小的不

足100m3，大的超过4000m3。这其中的中小高炉居多，约占2／3。

长时间以来，我国的中小高炉一般都同时设有出铁口和出渣口，在

出铁前先通过出渣口放上渣。由于放上渣存在不安全等不利因素，

最近几年许多炼铁厂已停止了放上渣操作，仅留有出铁口出铁渣熔液。铁口的打开方式一般都是钻孔法，即用带有冲击性的钻机在铁

口中心将炮泥强制性钻出孔道，让铁水通过孔道排出炉外。铁水所

用炮泥大部分是传统炮泥，这种炮泥以焦炭粉、粘土粉、铝矾土熟

料及焦油沥青为主要原料，用水拌合，在混碾机中经一定时间的混

碾成为高炉铁口所用的炮泥，因此这类炮泥称为有水炮泥。这种炮

泥体积密度小，耐渣铁侵蚀性差，在堵高炉出铁口时，易造成铁口

长度不够，在出铁期间往往跑焦炭，出铁放风，出不净渣铁熔液等，影响高炉正常生产。特别是随着各炼铁厂进行扩容改造后，产量增加，冶炼强化，这种炮泥不能满足铁口维护的需要，但由于其成本低，经改进后，仍在我国的绝大多数中小型高炉上使用，其单耗在1．0kg／t铁以上。

我国的大中型高炉一般都是20世纪80年代后改建或新建的，一般不设出渣口，仅设有1－4个出铁口，铁口每天排出的铁渣量很大，如宝钢两座4063m3的大型高炉，日最大出铁量为10000t，出渣量为3200t，出铁渣的速度为5．8～7．5t／min。要满足这些工作条件，有水炮泥显然不行，为此采用了另一类型的炮泥———无水炮泥。

无水炮泥一般由刚玉、碳化硅和焦粉为主要原料，同时配加不同的

外加剂，以焦油作为结合剂。这种炮泥由于采用高纯原料，并以碳

质原料为结合剂，其耐渣铁熔液的侵蚀性能比有水炮泥大为提高，

可以使铁口出铁时间延长，降低出铁次数。另外，无水炮泥在使用

中也有一个不断改进完善的过程。国内不少炼铁厂在无水炮泥的改

进方面做了许多有益偿试，研制了多种类型的无水炮泥，或采用特

殊材料作为炮泥的原料，如含钛炮泥等。

国外各主要产铁国家对炮泥的质量都十分重视，其发展经历了

两个阶段。第一阶段为有水炮泥，和国内的相差不多，为满足现代

大型高炉的生产需要，改善高炉出铁口状况，20世纪70年代初至80年代初，世界各国相继推出了无水炮泥。而实际使用无水炮泥后，

铁口泥套的使用寿命提高10倍以上，出铁过程中消灭了喷焦炭现象，最早的无水炮泥都是用焦油作结合剂，但焦油在使用中遇高温铁水