底吹氣體參數(shù)對(duì)透氣磚侵蝕速度的影響

高飛^1,2，楊文遠(yuǎn)³，彭小艷^1,2，李林^1,2，王明林⁴，張彥祥^1,2

(1. 特種陶瓷與耐火材料北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081；2. 鋼研工程設(shè)計(jì)有限公司新產(chǎn)品部， 北京 100081；3. 鋼鐵研究總院有限公司冶金工藝研究所， 北京 100081；4. 中達(dá)連鑄技術(shù)國(guó)家工程研究中心有限責(zé)任公司， 北京 100081)

摘要：為了研究底吹氣體噴吹參數(shù)(壓力、流量、噴孔直徑等)對(duì)透氣磚侵蝕速度的影響，對(duì)比了食鹽、硼砂、碳酸鈉和不同比例的食鹽與碳酸鈉的混合物在水中的溶解速度，選定天然鹽磚來(lái)模擬透氣磚材質(zhì)進(jìn)行侵蝕水模擬試驗(yàn)。以水模擬鋼水，在1∶10的有機(jī)玻璃模型中噴吹壓縮空氣，改變噴吹參數(shù)(壓力、流量和噴吹時(shí)間)，測(cè)量噴吹前后透氣磚噴孔尺寸的變化，計(jì)算噴孔的侵蝕情況(徑向侵蝕速度、軸向侵蝕速度和侵蝕角)，構(gòu)建氣體的噴吹參數(shù)與透氣磚侵蝕速度之間的關(guān)系。根據(jù)噴孔尺寸、氣體的噴吹參數(shù)和無(wú)量綱數(shù)(修正的弗勞德數(shù)、雷諾數(shù)和表觀馬赫數(shù)等)，對(duì)噴吹氣體進(jìn)入熔池中的流動(dòng)狀況進(jìn)行分析，如氣流中氣泡的當(dāng)量體積和當(dāng)量直徑、噴吹過(guò)程中所形成的氣柱高度、氣泡流和噴射流的轉(zhuǎn)變等。研究結(jié)果表明，透氣磚噴孔的軸向侵蝕和徑向侵蝕速度均隨底吹供氣流量提高而增大，侵蝕角受噴孔直徑、氣體流量的影響很小，采用直徑較小的噴孔，可以提高底吹氣體對(duì)熔池的攪拌效果。研究結(jié)果對(duì)復(fù)吹技術(shù)的提高具有參考意義。

關(guān)鍵詞：透氣磚； 侵蝕速度； 壓縮空氣； 噴孔； 底吹

1 引言

降低透氣磚的侵蝕速度、提高復(fù)吹轉(zhuǎn)爐爐齡是復(fù)吹技術(shù)中一項(xiàng)重要研究課題。中國(guó)復(fù)吹技術(shù)相關(guān)研究主要針對(duì)底吹透氣磚的數(shù)目、布置，熔池的攪拌效果，爐渣與鎂碳磚之間的侵蝕作用等方面。國(guó)外對(duì)復(fù)吹技術(shù)的基礎(chǔ)研究進(jìn)行了較多工作，其中不乏有關(guān)透氣磚侵蝕的研究，其介紹了透氣磚侵蝕機(jī)理，提出了延長(zhǎng)透氣磚壽命的措施。

本課題組通過(guò)選材試驗(yàn)，以天然鹽磚模擬透氣磚的材質(zhì)、以水模擬鋼水，用不同直徑的噴孔在不同壓力、流量條件下進(jìn)行噴吹試驗(yàn)，每次噴吹后測(cè)量噴孔的蝕損數(shù)據(jù)，可以得到不同噴吹條件下透氣磚噴孔蝕損情況。透氣磚噴孔的蝕損為水在氣體攪動(dòng)條件下對(duì)鹽磚的溶解過(guò)程，而不僅是單純的氣體對(duì)磚的沖刷，與透氣磚的實(shí)際熔損情況具有很大相似性。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)噴吹過(guò)程進(jìn)行了相似準(zhǔn)數(shù)計(jì)算，利用計(jì)算結(jié)果對(duì)噴吹氣體與熔池作用進(jìn)行了分析。

2 精選圖表

3 結(jié)論

(1)透氣磚噴孔的軸向侵蝕速度和徑向侵蝕速度都隨底吹供氣流量提高而增大，透氣磚設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)防止兩個(gè)噴孔徑向侵蝕區(qū)過(guò)多重疊。

(2)透氣磚噴孔上部侵蝕角大(80°左右)，是由于底吹氣流上升的抽引作用、在透氣磚噴孔出口形成水平方向的環(huán)流造成的。侵蝕角受噴孔直徑、氣體流量的影響很小。

(3)噴孔下部的侵蝕主要是由于水沿孔壁向下滲漏對(duì)噴孔壁溶解造成的，侵蝕角約為10°，與氣流的膨脹角相近，受噴孔直徑、底吹氣體流量的影響很小。

(4)采用直徑較小的噴孔，可以增強(qiáng)底吹氣體對(duì)熔池的攪拌效果，但需提高復(fù)吹的氣源壓力，這在國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐新建或設(shè)備改造中應(yīng)加以重視。