铁水包透气砖的设计及应用

1、铁水包透气砖的设计及应用陈勇 多志军 徐伟 王文学 濮阳濮耐高温材料(集团)股份有限公司，濮阳，457100摘 要 介绍了铁水包用透气砖的产品材料和结构设计、安装位置的设计及砌筑方法以及推广使用效果，通过铁水包透气砖的整体优化设计及现场的砌筑和精心维护，铁水包透气砖的应用不仅解决了铁水包拔渣困难的问题，且对于均匀铁水成份和温度提高铁水品质也有非常好的效果。通过采取在包壁位置的侧装方式，透气砖寿命大幅提高。关键词 铁水包；透气砖；设计；应用；耐火材料中图分类号：TQ175 文献标识码：A 文章编号：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 引言随着铁水包脱硫工艺的不断优化改进，有效地降低了脱硫剂消耗、改善了操作环境、提高了铁水品质。但很多钢厂的铁水包都存在扒渣困难，造成铁损高、扒渣时间长、回硫高等问题。为了解决上述问题，濮耐股份结合很多钢铁企业，首先提出了在铁水罐上安装透气砖来改善扒渣效果、均匀钢水的成分和温度。由于铁水与钢水相比，铁水的润湿角小，渗透性强，透气砖的设计及应用不当时，更易发生漏铁事故。濮耐股份针对铁水包透气砖的

5、现场情况，开发了PNTQ18牌透气砖，从材质设计、结构设计、及砌筑使用方面解决了铁水包透气砖使用的问题，取得了满意的使用效果。2 铁水包透气砖的性能指标表1 PNTQ18透气砖理化指标项 目PNTQ18典型值化学成分 Al2O3+MgO9095体积密度(g/cm3) 1500×3h3.003.30抗折强度(MPa) 1500×3h1215耐压强度(MPa) 1500×3h80900.3MPa时透气量（Nm3/hr）1518透气砖的原料为板刚玉骨料、白刚玉细粉、活性氧化铝微粉、尖晶石粉、铝酸钙水泥、添加剂等，按紧密堆积理论设计合理的颗粒级配，其临界粒度为5mm，骨料

6、和细粉比例为67：33。添加剂为非氧化物，加入后能改善基质强度，降低了透气砖材质与铁水的润湿性。采用优质高效减水剂，加水量控制在4.5-4.7；成型和养护在恒温恒湿的环境，环境温度为25湿度为80%，养护时间不能少于24小时；烧成最高温度为1600，保温6小时。3 铁水包透气砖的结构设计透气砖的流量是其使用时的重要指标之一，PNTQ18透气砖为狭缝式透气砖，透气流量的控制采取调整狭缝的设计来实现，设计时要综合考虑狭缝厚度、宽度、长度、狭缝数量、狭缝排列方式，以及气体流量、阻力损失、工作条件等因素，特别要对狭缝厚度给予更多的关注1。当铁水向透气砖狭缝中渗透时，由于表面张力的存在，会使弯曲表面上产

7、生一个附加压力P，弯曲表面产生的压力差为P，则总压力差为P总PP，其中附加压力P总是指向曲面的曲率中心，因此在此情形下，P值越大，表明钢水越难向气体通道内渗透。对透气砖狭缝而言，可视为两块相互平行的平板间的液体，其液面附加压力可根据拉普拉斯非球面的曲面公式计算，P=（1/r1+1/r2），其中r2，因此P/ r1。影响P的因素较多，主要有透气砖的材质、铁水粘度、透气砖承受铁水压力、狭缝尺寸和数量等，通过计算和使用经验，成熟的狭缝式透气砖狭缝厚度在0.1-0.25mm之间。根据铁水包的大小及对流量的不同要求，通常100t的铁水包流量设计为0.3MPa下10-15 Nm3/hr，150t及以上的铁

8、水包流量设计为15-25 Nm3/hr。为了防止铁水渗透带来的透气砖吹不通和流量小，透气砖的狭缝尺寸一般控制在0.10-0.18mm之间。狭缝的数量可根据透气砖工作表面尺寸和流量的需求来进行均匀分布。濮耐股份开发生产的双胞胎透气砖，可满足特殊客户对较大透气流量的需求，双胞胎透气砖吹气效果要优于单透气砖2。图1 弯曲表面上的附加压力为了解决铁水的渗透导致的铁皮熔损，透气砖采用不锈钢铁皮；透气砖和铁皮之间的密封可以采取膨胀性刚玉尖晶石火泥，防止铁水渗透影响透气砖的使用。为了有效防止铁水的渗漏，在砖芯外部使用浇注料将砖芯全部包裹，做成整体透气砖，如图2所示。铁水包透气砖考虑使用的安全性，砌筑时安装在

9、铁水包的包壁，因此铁水包透气砖芯设计为圆锥形，外面的座砖外形尺寸根据铁水包包壁砖的尺寸来进行设计，其中C为铁水包包壁砖的长度，为了延长透气砖的使用寿命，C可以适当增长，但凸出包壁表面高度不应超过50mm；厚度H可设计为两层包壁砖的高度，而宽B1和B2应根据透气砖配合砌筑的包壁砖砖型尺寸来设计，确保透气砖砌筑时，能和包壁砖完美砌筑在一起。图2 铁水包整体透气砖设计图通常设计的整体砖尺寸为180mm×180mm×220mm，透气砖芯尺寸为圆柱80mm×100mm×200mm，砖芯埋入座砖中20mm。4 铁水包透气砖安装位置的设计及砌筑理论和经验表明，钢包用透

10、气砖安装在钢包底部时具有良好的搅拌效果。通过在武钢一炼的试验发现，安装在底部可以获得良好的吹气搅拌效果，且拔渣时也很容易，但由于铁水的渗透性强，在较大的铁水静压力下，极易发生铁水渗入透气砖内导致吹不通甚至有漏铁的风险；而且在铁水倒入铁水包的过程中，铁水对包底部的冲刷很严重，透气砖寿命较低也带来成本和安全的风险，另外，在铁水倒入转炉后，空铁水罐罐底的少量残铁因快速凝固而经常堵塞透气砖，影响透气砖的使用寿命和效果。综合考虑这些因素，经过多次试验验证，透气砖采取侧装方式，安装在包壁部位，既能提高安全系数，也能保障吹气和搅拌效果。在武钢一炼的使用结果表明，透气砖安装在包底时使用寿命为15次，而安装到了

11、侧壁后，寿命提高到150次以上，大大降低了砌筑施工强度，并降低了成本3。图3 双透气砖安装示意图由于吹气时铁水包内的气体从底部向上运动过程中是加速状态，由此可推断，气体运行的距离越长，到达铁水表面时的速度越大，产生的动能越大，冲破渣层的能量也就越大，将渣子向四周排开的距离越远。由此可见透气砖安装位置距包口越低越有利于扒渣，但不宜过低，通过水力模型证明，在武钢一炼150t铁水包上，透气砖安装在距离罐沿2250mm 处3，但每个钢厂的钢壳外形的差异和考虑现场操作的便利程度，安装位置也各不相同，根据濮耐股份的流场模拟分析及在钢厂使用结果表明，将透气砖砌筑在铁水包后侧壁（即扒渣咀正对面）离包底第3-6

12、层砖较为合理。由于铁水包内壁为圆桶形，透气砖在向铁水包内吹气时，会造成铁水的回流循环，为了满足扒渣的需要，正对包嘴位置（即包嘴对面吊勾所在的竖直方向直线）造成的回流情况最轻微。偏离正对位置的距离越大回流越明显，越不利于扒渣。若采取双透气砖时，则各偏离中心30°，安装砌筑示意图见图3。砌筑透气砖时要在钢壳上相应的位置开出比尾管直径大15-20mm的孔，并且永久层上要留出安装透气砖的位置，根据透气砖、工作层、永久层、保温层的尺寸在透气砖尾部与铁水包钢壳之间浇注一定厚度的浇注料或者采用捣打料填充，防止铁水的渗漏。砌筑到透气砖位置时，先将透气砖放好，再从透气砖的两侧砌筑包壁砖，包壁砖紧贴透气

13、砖中间不留灰缝。砌好后为了防止透气砖与包壁砖之间存在缝隙，可在透气砖周围浇注一层10mm厚的浇注料，覆盖面积略大于修砌位置，这样在使用时能够对透气砖能起到很好的保护作用。图4 新铁水包时透气砖砌筑完后图片图5铁水包更换透气砖时的砌筑图片5 铁水包透气砖的使用透气砖出现吹不通时，需要进行更换，更换透气砖是在冷态下进行的，将铁水包平放，透气砖一侧位于下部，将透气砖及周围1-2层包壁砖打掉，然后将透气砖放好，并在透气砖和包壁砖之间留出10mm左右的灰缝，然后用刚玉浇注料填充到灰缝里并且捣实，后在修砌部位表层浇注一层10mm厚的浇注料。图6 脱硫后扒渣图片图7 扒渣后铁水表面图濮耐股份研制的铁水包透气

14、砖在武钢一炼应用成功，使扒渣时间由平均11min/次降至7min/次，扒渣铁损（扣渣后）由平均5.0kg/tFe降低至2.53kg/tFe，出钢回硫由平均回硫0.0051%降至0.0015%，且铁水包采用吹气辅助除渣工艺前后，对铁水包使用寿命影响不大，铁水温降总体差别不大，透气砖平均寿命达到110次以上。几年来，濮耐股份先后与首秦钢厂、马钢、安钢二炼轧、承钢等几家单位合作推广铁水包透气砖应用，取得了良好的使用效果。参 考 文 献1 周建安,朱苗勇,潘时松. 狭缝式透气砖内气流速度分布规律及阻力研究J.炼钢,2007(1)18-20.2 浦绍敏,金友林,史向英等. 铁水包吹气辅助扒渣工艺的物理模

15、拟研究C. 2011年华东五省炼钢学术交流会议论文集61-64.3 刘小卿, 朱神中,陈刚等. 铁水包透气砖的研究与应用C.2007年中国钢铁工业协会年会会议论文集.陈勇，男，1976年-，高级工程师，博士研究生，主要从事耐火材料技术与管理工作。耐火与石灰 2013, 38(2) 7-10 DOI:      ISSN: 1000-7563 CN: 21-1163/TQ本期目录 | 下期目录 | 过刊浏览 | 高级检索      

16、60;                                                 

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18、方法及推广使用效果，其整体优化设计及现场的精心砌筑和维护，不仅解决了铁水包拔渣困难的问题，而且对均匀铁水成分和温度、提高铁水品质也有很好的效果。通过采取在包壁位置的侧装方式，透气砖寿命大幅提高。关键词： 铁水包   透气砖   设计   应用   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