炮泥是堵塞高爐出鐵口用的耐火可塑料。良好的可塑性對(duì)于高爐炮泥的現(xiàn)場(chǎng)使用至關(guān)重要，一般而言，通常采用馬夏值實(shí)驗(yàn)在50-80℃溫度區(qū)間測(cè)定的擠出壓力數(shù)值，評(píng)價(jià)實(shí)際填充鐵口時(shí)炮泥的流動(dòng)性，如果擠出的壓力值較小，則認(rèn)為炮泥的形變?nèi)菀?，?shí)際填充鐵口時(shí)的打泥壓力也會(huì)降低。
然而，不同的炮泥產(chǎn)品即使通過馬夏值測(cè)定儀調(diào)整到相同的馬夏值，使用不同粘度的焦油時(shí)，實(shí)際填充炮泥出鐵口的打泥壓力也不盡相同，即在70℃左右測(cè)量的炮泥馬夏值與實(shí)際填充鐵口過程中的填充壓力不存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
日本研究人員認(rèn)為填充鐵口時(shí)，考慮溫度對(duì)實(shí)際填充高爐炮泥的影響是很必要的，通過加熱試驗(yàn)，以傳熱計(jì)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(shí)，這個(gè)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(yàn)則受到實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)易操作的評(píng)價(jià)方法-剪切實(shí)驗(yàn)法。剪切實(shí)驗(yàn)法適用于熱態(tài)測(cè)量，便于在恒溫箱中操作，操作流程簡(jiǎn)單。所測(cè)出的炮泥可塑性最佳的實(shí)驗(yàn)溫度下的剪切應(yīng)力與實(shí)際填充鐵口時(shí)打泥壓力相關(guān)性較好。因此，在本試驗(yàn)中對(duì)不同溫度下的炮泥采用剪切實(shí)驗(yàn)法評(píng)價(jià)炮泥可塑性。
高爐炮泥為可塑體，根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(diǎn)的壓力值，φ為水的體積百分比，φ0為收斂點(diǎn)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(shí)驗(yàn)溫度引起不同焦油粘度對(duì)剪切應(yīng)力的影響，得出焦油體積百分比和剪切應(yīng)力對(duì)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(zhǎng)線集中于一個(gè)交點(diǎn)，如圖2所示。得出炭黑結(jié)構(gòu)和焦油粘度對(duì)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(jì)出符合炮泥的公式：
式中：σ一剪切應(yīng)力;σ0——集中點(diǎn)的剪切應(yīng)力;kcb為炭黑結(jié)構(gòu)對(duì)直線斜率的影響，ktar為焦油粘度對(duì)直線斜率的影響;V為焦油的體積百分比;Vo直線集中點(diǎn)的焦油體積百分比。公式擬合炮泥70℃和300℃時(shí)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(duì)直線斜率的影響。
