煉銅用底吹氮氣透氣磚的流量是其使用時的重要指標之一。PN-TZ8牌號的透氣磚採用狹縫式吹氣結構,透氣流量的控制採取調整狹縫的設計來實現,綜合考慮狹縫厚度、寬度、長度、狹縫數量、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注。
當銅液向透氣磚狹縫中滲透時,由於表面張力的存在,會在彎曲表面上產生一個附加壓力P,彎曲表面產生的壓力差為ΔP,則總壓力差為P總=P+ΔP,其中附加壓力ΔP總是指向曲面的曲率中心,在此情形下,ΔP值越大,表明銅液越難向氣體通道內滲透(圖1)。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拉普拉斯非球面的曲面公式計算,P=y(1/r1+1/r2),其中r2=∞,因此ΔP=y/r1。
影響ΔP的因素較多,主要有透氣磚的材質、銅液黏度、透氣磚承受的銅液壓力、狹縫尺寸和數量等,通過計算和使用經驗,成熟的狹縫式透氣磚的狹縫厚度在0.1~0.2mm之間。根據陽極爐的大小及對流量的不同要求,通常350t的陽極爐流量設計為0.3MPa下10~15Nm3·h-1。為了防止銅液滲透帶來的透氣磚吹不通和流量小的問題,透氣磚的狹縫尺寸一般控制在0.1~0.18mm之間。狹縫的數量可根據透氣磚工作表面尺寸和流量的需求來進行均勻分布。
透氣磚採用不鏽鋼鐵皮,透氣磚與鐵皮之間採用膨脹性剛玉尖晶石火泥,防止銅液滲透影響透氣磚的透氣性能。考慮到透氣磚不間斷使用會造成侵蝕較快,除提高材質外,還設計為分體式的,其好處是一旦使用到後期殘磚較短時即可從陽極爐外部更換磚芯。其次要考慮磚芯與座磚的材質差別,由於膨脹係數不一樣,為防止磚芯與座磚因膨脹而形成間隙導致跑銅事故,故在磚芯與座磚之間又設計了一種套磚,這種設計大大提高了使用安全係數,保證後續使用安全。整套透氣磚的設計裝配圖如圖2所示。