底吹气体参数对透气砖侵蚀速度的影响

高飞^1,2，杨文远³，彭小艳^1,2，李林^1,2，王明林⁴，张彦祥^1,2

(1. 特种陶瓷与耐火材料北京市重点实验室， 北京 100081；2. 钢研工程设计有限公司新产品部， 北京 100081；3. 钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所， 北京 100081；4. 中达连铸技术国家工程研究中心有限责任公司， 北京 100081)

摘要：为了研究底吹气体喷吹参数(压力、流量、喷孔直径等)对透气砖侵蚀速度的影响，对比了食盐、硼砂、碳酸钠和不同比例的食盐与碳酸钠的混合物在水中的溶解速度，选定天然盐砖来模拟透气砖材质进行侵蚀水模拟试验。以水模拟钢水，在1∶10的有机玻璃模型中喷吹压缩空气，改变喷吹参数(压力、流量和喷吹时间)，测量喷吹前后透气砖喷孔尺寸的变化，计算喷孔的侵蚀情况(径向侵蚀速度、轴向侵蚀速度和侵蚀角)，构建气体的喷吹参数与透气砖侵蚀速度之间的关系。根据喷孔尺寸、气体的喷吹参数和无量纲数(修正的弗劳德数、雷诺数和表观马赫数等)，对喷吹气体进入熔池中的流动状况进行分析，如气流中气泡的当量体积和当量直径、喷吹过程中所形成的气柱高度、气泡流和喷射流的转变等。研究结果表明，透气砖喷孔的轴向侵蚀和径向侵蚀速度均随底吹供气流量提高而增大，侵蚀角受喷孔直径、气体流量的影响很小，采用直径较小的喷孔，可以提高底吹气体对熔池的搅拌效果。研究结果对复吹技术的提高具有参考意义。

关键词：透气砖； 侵蚀速度； 压缩空气； 喷孔； 底吹

1 引言

降低透气砖的侵蚀速度、提高复吹转炉炉龄是复吹技术中一项重要研究课题。中国复吹技术相关研究主要针对底吹透气砖的数目、布置，熔池的搅拌效果，炉渣与镁碳砖之间的侵蚀作用等方面。国外对复吹技术的基础研究进行了较多工作，其中不乏有关透气砖侵蚀的研究，其介绍了透气砖侵蚀机理，提出了延长透气砖寿命的措施。

本课题组通过选材试验，以天然盐砖模拟透气砖的材质、以水模拟钢水，用不同直径的喷孔在不同压力、流量条件下进行喷吹试验，每次喷吹后测量喷孔的蚀损数据，可以得到不同喷吹条件下透气砖喷孔蚀损情况。透气砖喷孔的蚀损为水在气体搅动条件下对盐砖的溶解过程，而不仅是单纯的气体对砖的冲刷，与透气砖的实际熔损情况具有很大相似性。根据试验数据，对喷吹过程进行了相似准数计算，利用计算结果对喷吹气体与熔池作用进行了分析。

2 精选图表

3 结论

(1)透气砖喷孔的轴向侵蚀速度和径向侵蚀速度都随底吹供气流量提高而增大，透气砖设计时应防止两个喷孔径向侵蚀区过多重叠。

(2)透气砖喷孔上部侵蚀角大(80°左右)，是由于底吹气流上升的抽引作用、在透气砖喷孔出口形成水平方向的环流造成的。侵蚀角受喷孔直径、气体流量的影响很小。

(3)喷孔下部的侵蚀主要是由于水沿孔壁向下渗漏对喷孔壁溶解造成的，侵蚀角约为10°，与气流的膨胀角相近，受喷孔直径、底吹气体流量的影响很小。

(4)采用直径较小的喷孔，可以增强底吹气体对熔池的搅拌效果，但需提高复吹的气源压力，这在国内转炉新建或设备改造中应加以重视。