鐵水包透氣磚的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1、鐵水包透氣磚的設(shè)計(jì)及應(yīng)用陳勇 多志軍 徐偉 王文學(xué) 濮陽濮耐高溫材料(集團(tuán))股份有限公司，濮陽，457100摘 要 介紹了鐵水包用透氣磚的產(chǎn)品材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝位置的設(shè)計(jì)及砌筑方法以及推廣使用效果，通過鐵水包透氣磚的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)及現(xiàn)場的砌筑和精心維護(hù)，鐵水包透氣磚的應(yīng)用不僅解決了鐵水包拔渣困難的問題，且對于均勻鐵水成份和溫度提高鐵水品質(zhì)也有非常好的效果。通過采取在包壁位置的側(cè)裝方式，透氣磚壽命大幅提高。關(guān)鍵詞 鐵水包；透氣磚；設(shè)計(jì)；應(yīng)用；耐火材料中圖分類號(hào)：TQ175 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：Design and application on purging plug of ladle C

2、henyong, Duozhijun, Xuwei, WangwenxuePuyang Refractories Group Co.,Ltd.，Puyang, 457100Abstract：This paper present the design on purging plugs material, structural, installation location and application in a ladle, as well as using effects in the steel plant. By overall optimization of design and on-

3、site meticulously maintained, using the application of ladle purging plug, it not only solved the problem of difficult to remove the slag, but also had very good results for the uniform of hot metal composition and temperature, it improved the quality of molten iron also. And better life by taking a

4、 side wall installation in the ladle.Key words: Ladle；purging plug； design； application； refractories1 引言隨著鐵水包脫硫工藝的不斷優(yōu)化改進(jìn)，有效地降低了脫硫劑消耗、改善了操作環(huán)境、提高了鐵水品質(zhì)。但很多鋼廠的鐵水包都存在扒渣困難，造成鐵損高、扒渣時(shí)間長、回硫高等問題。為了解決上述問題，濮耐股份結(jié)合很多鋼鐵企業(yè)，首先提出了在鐵水罐上安裝透氣磚來改善扒渣效果、均勻鋼水的成分和溫度。由于鐵水與鋼水相比，鐵水的潤濕角小，滲透性強(qiáng)，透氣磚的設(shè)計(jì)及應(yīng)用不當(dāng)時(shí)，更易發(fā)生漏鐵事故。濮耐股份針對鐵水包透氣磚的

5、現(xiàn)場情況，開發(fā)了PNTQ18牌透氣磚，從材質(zhì)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、及砌筑使用方面解決了鐵水包透氣磚使用的問題，取得了滿意的使用效果。2 鐵水包透氣磚的性能指標(biāo)表1 PNTQ18透氣磚理化指標(biāo)項(xiàng) 目PNTQ18典型值化學(xué)成分 Al2O3+MgO9095體積密度(g/cm3) 1500×3h3.003.30抗折強(qiáng)度(MPa) 1500×3h1215耐壓強(qiáng)度(MPa) 1500×3h80900.3MPa時(shí)透氣量（Nm3/hr）1518透氣磚的原料為板剛玉骨料、白剛玉細(xì)粉、活性氧化鋁微粉、尖晶石粉、鋁酸鈣水泥、添加劑等，按緊密堆積理論設(shè)計(jì)合理的顆粒級(jí)配，其臨界粒度為5mm，骨料

6、和細(xì)粉比例為67：33。添加劑為非氧化物，加入后能改善基質(zhì)強(qiáng)度，降低了透氣磚材質(zhì)與鐵水的潤濕性。采用優(yōu)質(zhì)高效減水劑，加水量控制在4.5-4.7；成型和養(yǎng)護(hù)在恒溫恒濕的環(huán)境，環(huán)境溫度為25濕度為80%，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不能少于24小時(shí)；燒成最高溫度為1600，保溫6小時(shí)。3 鐵水包透氣磚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)透氣磚的流量是其使用時(shí)的重要指標(biāo)之一，PNTQ18透氣磚為狹縫式透氣磚，透氣流量的控制采取調(diào)整狹縫的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮狹縫厚度、寬度、長度、狹縫數(shù)量、狹縫排列方式，以及氣體流量、阻力損失、工作條件等因素，特別要對狹縫厚度給予更多的關(guān)注1。當(dāng)鐵水向透氣磚狹縫中滲透時(shí)，由于表面張力的存在，會(huì)使彎曲表面上產(chǎn)

7、生一個(gè)附加壓力P，彎曲表面產(chǎn)生的壓力差為P，則總壓力差為P總PP，其中附加壓力P總是指向曲面的曲率中心，因此在此情形下，P值越大，表明鋼水越難向氣體通道內(nèi)滲透。對透氣磚狹縫而言，可視為兩塊相互平行的平板間的液體，其液面附加壓力可根據(jù)拉普拉斯非球面的曲面公式計(jì)算，P=（1/r1+1/r2），其中r2，因此P/ r1。影響P的因素較多，主要有透氣磚的材質(zhì)、鐵水粘度、透氣磚承受鐵水壓力、狹縫尺寸和數(shù)量等，通過計(jì)算和使用經(jīng)驗(yàn)，成熟的狹縫式透氣磚狹縫厚度在0.1-0.25mm之間。根據(jù)鐵水包的大小及對流量的不同要求，通常100t的鐵水包流量設(shè)計(jì)為0.3MPa下10-15 Nm3/hr，150t及以上的鐵

8、水包流量設(shè)計(jì)為15-25 Nm3/hr。為了防止鐵水滲透帶來的透氣磚吹不通和流量小，透氣磚的狹縫尺寸一般控制在0.10-0.18mm之間。狹縫的數(shù)量可根據(jù)透氣磚工作表面尺寸和流量的需求來進(jìn)行均勻分布。濮耐股份開發(fā)生產(chǎn)的雙胞胎透氣磚，可滿足特殊客戶對較大透氣流量的需求，雙胞胎透氣磚吹氣效果要優(yōu)于單透氣磚2。圖1 彎曲表面上的附加壓力為了解決鐵水的滲透導(dǎo)致的鐵皮熔損，透氣磚采用不銹鋼鐵皮；透氣磚和鐵皮之間的密封可以采取膨脹性剛玉尖晶石火泥，防止鐵水滲透影響透氣磚的使用。為了有效防止鐵水的滲漏，在磚芯外部使用澆注料將磚芯全部包裹，做成整體透氣磚，如圖2所示。鐵水包透氣磚考慮使用的安全性，砌筑時(shí)安裝在

9、鐵水包的包壁，因此鐵水包透氣磚芯設(shè)計(jì)為圓錐形，外面的座磚外形尺寸根據(jù)鐵水包包壁磚的尺寸來進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中C為鐵水包包壁磚的長度，為了延長透氣磚的使用壽命，C可以適當(dāng)增長，但凸出包壁表面高度不應(yīng)超過50mm；厚度H可設(shè)計(jì)為兩層包壁磚的高度，而寬B1和B2應(yīng)根據(jù)透氣磚配合砌筑的包壁磚磚型尺寸來設(shè)計(jì)，確保透氣磚砌筑時(shí)，能和包壁磚完美砌筑在一起。圖2 鐵水包整體透氣磚設(shè)計(jì)圖通常設(shè)計(jì)的整體磚尺寸為180mm×180mm×220mm，透氣磚芯尺寸為圓柱80mm×100mm×200mm，磚芯埋入座磚中20mm。4 鐵水包透氣磚安裝位置的設(shè)計(jì)及砌筑理論和經(jīng)驗(yàn)表明，鋼包用透

10、氣磚安裝在鋼包底部時(shí)具有良好的攪拌效果。通過在武鋼一煉的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，安裝在底部可以獲得良好的吹氣攪拌效果，且拔渣時(shí)也很容易，但由于鐵水的滲透性強(qiáng)，在較大的鐵水靜壓力下，極易發(fā)生鐵水滲入透氣磚內(nèi)導(dǎo)致吹不通甚至有漏鐵的風(fēng)險(xiǎn)；而且在鐵水倒入鐵水包的過程中，鐵水對包底部的沖刷很嚴(yán)重，透氣磚壽命較低也帶來成本和安全的風(fēng)險(xiǎn)，另外，在鐵水倒入轉(zhuǎn)爐后，空鐵水罐罐底的少量殘鐵因快速凝固而經(jīng)常堵塞透氣磚，影響透氣磚的使用壽命和效果。綜合考慮這些因素，經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，透氣磚采取側(cè)裝方式，安裝在包壁部位，既能提高安全系數(shù)，也能保障吹氣和攪拌效果。在武鋼一煉的使用結(jié)果表明，透氣磚安裝在包底時(shí)使用壽命為15次，而安裝到了

11、側(cè)壁后，壽命提高到150次以上，大大降低了砌筑施工強(qiáng)度，并降低了成本3。圖3 雙透氣磚安裝示意圖由于吹氣時(shí)鐵水包內(nèi)的氣體從底部向上運(yùn)動(dòng)過程中是加速狀態(tài)，由此可推斷，氣體運(yùn)行的距離越長，到達(dá)鐵水表面時(shí)的速度越大，產(chǎn)生的動(dòng)能越大，沖破渣層的能量也就越大，將渣子向四周排開的距離越遠(yuǎn)。由此可見透氣磚安裝位置距包口越低越有利于扒渣，但不宜過低，通過水力模型證明，在武鋼一煉150t鐵水包上，透氣磚安裝在距離罐沿2250mm 處3，但每個(gè)鋼廠的鋼殼外形的差異和考慮現(xiàn)場操作的便利程度，安裝位置也各不相同，根據(jù)濮耐股份的流場模擬分析及在鋼廠使用結(jié)果表明，將透氣磚砌筑在鐵水包后側(cè)壁（即扒渣咀正對面）離包底第3-6

12、層磚較為合理。由于鐵水包內(nèi)壁為圓桶形，透氣磚在向鐵水包內(nèi)吹氣時(shí)，會(huì)造成鐵水的回流循環(huán)，為了滿足扒渣的需要，正對包嘴位置（即包嘴對面吊勾所在的豎直方向直線）造成的回流情況最輕微。偏離正對位置的距離越大回流越明顯，越不利于扒渣。若采取雙透氣磚時(shí)，則各偏離中心30°，安裝砌筑示意圖見圖3。砌筑透氣磚時(shí)要在鋼殼上相應(yīng)的位置開出比尾管直徑大15-20mm的孔，并且永久層上要留出安裝透氣磚的位置，根據(jù)透氣磚、工作層、永久層、保溫層的尺寸在透氣磚尾部與鐵水包鋼殼之間澆注一定厚度的澆注料或者采用搗打料填充，防止鐵水的滲漏。砌筑到透氣磚位置時(shí)，先將透氣磚放好，再從透氣磚的兩側(cè)砌筑包壁磚，包壁磚緊貼透氣

13、磚中間不留灰縫。砌好后為了防止透氣磚與包壁磚之間存在縫隙，可在透氣磚周圍澆注一層10mm厚的澆注料，覆蓋面積略大于修砌位置，這樣在使用時(shí)能夠?qū)ν笟獯u能起到很好的保護(hù)作用。圖4 新鐵水包時(shí)透氣磚砌筑完后圖片圖5鐵水包更換透氣磚時(shí)的砌筑圖片5 鐵水包透氣磚的使用透氣磚出現(xiàn)吹不通時(shí)，需要進(jìn)行更換，更換透氣磚是在冷態(tài)下進(jìn)行的，將鐵水包平放，透氣磚一側(cè)位于下部，將透氣磚及周圍1-2層包壁磚打掉，然后將透氣磚放好，并在透氣磚和包壁磚之間留出10mm左右的灰縫，然后用剛玉澆注料填充到灰縫里并且搗實(shí)，后在修砌部位表層澆注一層10mm厚的澆注料。圖6 脫硫后扒渣圖片圖7 扒渣后鐵水表面圖濮耐股份研制的鐵水包透氣

14、磚在武鋼一煉應(yīng)用成功，使扒渣時(shí)間由平均11min/次降至7min/次，扒渣鐵損（扣渣后）由平均5.0kg/tFe降低至2.53kg/tFe，出鋼回硫由平均回硫0.0051%降至0.0015%，且鐵水包采用吹氣輔助除渣工藝前后，對鐵水包使用壽命影響不大，鐵水溫降總體差別不大，透氣磚平均壽命達(dá)到110次以上。幾年來，濮耐股份先后與首秦鋼廠、馬鋼、安鋼二煉軋、承鋼等幾家單位合作推廣鐵水包透氣磚應(yīng)用，取得了良好的使用效果。參 考 文 獻(xiàn)1 周建安,朱苗勇,潘時(shí)松. 狹縫式透氣磚內(nèi)氣流速度分布規(guī)律及阻力研究J.煉鋼,2007(1)18-20.2 浦紹敏,金友林,史向英等. 鐵水包吹氣輔助扒渣工藝的物理模

15、擬研究C. 2011年華東五省煉鋼學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文集61-64.3 劉小卿, 朱神中,陳剛等. 鐵水包透氣磚的研究與應(yīng)用C.2007年中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)年會(huì)會(huì)議論文集.陳勇，男，1976年-，高級(jí)工程師，博士研究生，主要從事耐火材料技術(shù)與管理工作。耐火與石灰 2013, 38(2) 7-10 DOI:      ISSN: 1000-7563 CN: 21-1163/TQ本期目錄 | 下期目錄 | 過刊瀏覽 | 高級(jí)檢索      

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18、方法及推廣使用效果，其整體優(yōu)化設(shè)計(jì)及現(xiàn)場的精心砌筑和維護(hù)，不僅解決了鐵水包拔渣困難的問題，而且對均勻鐵水成分和溫度、提高鐵水品質(zhì)也有很好的效果。通過采取在包壁位置的側(cè)裝方式，透氣磚壽命大幅提高。關(guān)鍵詞： 鐵水包   透氣磚   設(shè)計(jì)   應(yīng)用   砌筑   Design and application of permeable bricks in ladleChen Yong   Duo Zhijun   Xu Wei   Wang Wenxue Puyang Refractories Group Co.， Ltd.， Puyang 457100， China A