炮泥是堵塞高爐出鐵口用的耐火可塑料。良好的可塑性對于高爐炮泥的現(xiàn)場使用至關(guān)重要，一般而言，通常采用馬夏值實驗在50-80℃溫度區(qū)間測定的擠出壓力數(shù)值，評價實際填充鐵口時炮泥的流動性，如果擠出的壓力值較小，則認(rèn)為炮泥的形變?nèi)菀?，實際填充鐵口時的打泥壓力也會降低。
然而，不同的炮泥產(chǎn)品即使通過馬夏值測定儀調(diào)整到相同的馬夏值，使用不同粘度的焦油時，實際填充炮泥出鐵口的打泥壓力也不盡相同，即在70℃左右測量的炮泥馬夏值與實際填充鐵口過程中的填充壓力不存在較好的對應(yīng)關(guān)系。
日本研究人員認(rèn)為填充鐵口時，考慮溫度對實際填充高爐炮泥的影響是很必要的，通過加熱試驗，以傳熱計算結(jié)果和中心鉆孔的方法回收的樣品微觀結(jié)構(gòu)得出結(jié)論：由于鐵口炮泥的溫度分布和結(jié)合劑粘度分布相互關(guān)連，炮泥表現(xiàn)出復(fù)雜的形變行為。結(jié)合劑具有最小粘度值時，這個范圍內(nèi)的炮泥可塑性最佳，成為決定炮泥可塑性的關(guān)鍵部分。這部分炮泥的溫度大約為200-300℃，大約距離出鐵口內(nèi)壁為10mm的范圍內(nèi)。如圖1為鐵口區(qū)域溫度分布圖，盡管鐵口區(qū)域炮泥用原料和爐缸其他區(qū)域材料有部分重合，但其熱導(dǎo)率存在差異，使鐵口中心區(qū)域溫度分布和表面溫度分布不同。
然而，在200-300℃溫度下進(jìn)行炮泥的馬夏值試驗則受到實驗儀器中加熱裝置等因素的制約。為此，討論了在70-290℃溫度下能夠簡易操作的評價方法-剪切實驗法。剪切實驗法適用于熱態(tài)測量，便于在恒溫箱中操作，操作流程簡單。所測出的炮泥可塑性最佳的實驗溫度下的剪切應(yīng)力與實際填充鐵口時打泥壓力相關(guān)性較好。因此，在本試驗中對不同溫度下的炮泥采用剪切實驗法評價炮泥可塑性。
高爐炮泥為可塑體，根據(jù)實際工作經(jīng)驗，日本學(xué)者認(rèn)為可以采用Arakawa等提出的適用于水系可塑性坯土的表達(dá)式來近似分析實驗中得出的剪切應(yīng)力。曲線公式指出，水在一定體積分?jǐn)?shù)的情況下，每種分散劑的條件下的曲線收斂到一定壓力值P0。Arakawa公式如下：
式中：P為擠出壓力，Po為在體積分?jǐn)?shù)為00的情況下收斂點的壓力值，φ為水的體積百分比，φ0為收斂點水的體積百分比，a由分散劑種類決定的常數(shù)。a為顆粒分散效果，數(shù)值越大，分散效果越好。
日本研究人員探究了炭黑結(jié)構(gòu)和不同實驗溫度引起不同焦油粘度對剪切應(yīng)力的影響，得出焦油體積百分比和剪切應(yīng)力對應(yīng)關(guān)系。如果材料和溫度不同，圖線的分布范圍不同，但都是直線分布，每條直線的延長線集中于一個交點，如圖2所示。得出炭黑結(jié)構(gòu)和焦油粘度對炮泥剪切應(yīng)力有較大影響，模擬水系可塑性坯土的表達(dá)式，設(shè)計出符合炮泥的公式：
式中：σ一剪切應(yīng)力;σ0——集中點的剪切應(yīng)力;kcb為炭黑結(jié)構(gòu)對直線斜率的影響，ktar為焦油粘度對直線斜率的影響;V為焦油的體積百分比;Vo直線集中點的焦油體積百分比。公式擬合炮泥70℃和300℃時直線的斜率k值，可得炭黑結(jié)構(gòu)和溫度引起不同焦油粘度對直線斜率的影響。
