冲天炉熔炼层焦比
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冲天炉和电炉主要技术经济指标比较冲天炉熔炼基本原理:1、底焦燃烧2、热交换:预热、熔化、过热、炉缸3、冶金过程:造渣、化学成分变化工艺参数:底焦高度、底焦重量、送风量(米3/分)、送风强度(米3/米2.分)、风压(一般指风箱风压)、炉气成分(加料口COCO、2、O2%)、燃烧比ηV、炉气温度、热风温度(指风箱风温)、炉衬浸蚀、渣铁比(公斤/吨)、风机参数冲天炉热平衡计算;以100公斤铁料计算热量获得:热量消耗:冲天炉的热效率:η=Q铁/Q总Q铁—预热、熔化、过热铁料需要的热量(千卡)Q总—吸热的总热量(千卡)推荐:40-50%送风量计算:1、1kg焦炭燃烧是需要的空气量L0=9米3 (设固定碳100%2、理论送风量:Q0= L0S×16.6/K (米3/分)S—熔化率(T/H)K—焦炭消耗量,如铁焦比10:1,则K=103、实际送风量:Q=75[C](1+η)S/K (标米3/分)V[C]—焦炭中的固定碳含量η—燃烧比V—=67+10/3C (标米3/米2.分)4、最佳送风强度经验式:W佳C—碳耗量(kg焦/100kg铁)(纯碳)×炉膛截面积(标米3/分)5、最佳送风量:W佳应考虑20%的漏风损失炉渣状况与熔化情况的关系:炉内脱硫:1、提高炉温,-0.02%,不明显2、加电石,效果不明显3、用碱性渣石灰石炉衬脱硫情况1、苏打(NaCO3):0.3-0.5%, 脱20-30%2、电石(CaC)3、苛性钠(NaOH)4、复合脱硫电弧炉熔炼中频炉熔炼浇注:较大平面和薄壁形状复杂的——快浇形状简单的厚实件——慢浇与熔炼、浇注有关的铸造缺陷:1、缩孔、缩松:化学成分选择不当;合理选定浇注温度2、夹渣:降低铁水残余镁量,原铁水硫量越低越好;稀土残余量不能太高,0.02-0.04%之间;尽可能降低硅量;提高浇温,不低于1350度;铁水表面用少量冰晶石(Na3AlF6)除渣并覆盖(0.1-0.3%) 3.23、石墨漂浮:严格控制碳、硅含量,C≯3.8-4.0%,Si≯2.6-2.8%;低硅铁水,加强孕育;保证球化前提下,控制稀土元素含量 3.14、皮下气孔:保证球化前提下,降低残余镁量;尽量降低原铁水含硫量;孕育剂含铝量<1% 11.155、球化不良:球化元素残余量不足;原铁水含硫量过高或铁水氧化严重;铁水中存在干扰元素6、球化衰退:残余镁、稀土量够;降低硫量,防止铁水氧化;缩短球化处理后的停留时间,用草灰覆盖严铁水表面,防镁及稀土元素逃逸。
1 前言“获得优良铸件的关键在于大炉和型砂”,这是铸造届多年来的经验总结。
铸铁熔炼工序的重要性在于它直接影响铸造工作的最终结果,尤其是因铁水质量造成的铸件缺陷,往往难以或者根本无法补救,例如:化学成分不合格,造成的铸件机械性能或物理、化学性能不能满足要求。
有如:铁水温度低,流动性差造成的缺浇和其他缺陷等。
其结果都能使铸件成为废品。
据不完全统计,目前,铸造生产中的废品约有50%是与熔炼有关。
而熔炼铁水的成本有约占铸件成本的25~35%。
随着工业的发展,对铁水质量的要求越来越高,为了获得优质产品,不论在经济上还是在铸件质量上,铸铁熔炼工序都占有十分重要的地位。
1.1 铸铁熔炼技术的发展史[1,2,3]我国是一个历史悠久的文明古国,前任在金属发展史上做出了卓越的贡献。
据考古记载:我国早在公元前八世纪到七世纪就已经掌握了冶铁和化铁的方法;公元513年,晋国铸造出大型鼎。
湖南长沙、常德等地出土的春秋时期的铁铲、铁锨等就是例证。
隋、唐以后,大型铸件的生产愈来愈多,公元953年五代周广顺三年,铸造出沧州大铁狮。
采用分段铸造后组装而成,总重达五万余斤。
汉、唐两代,特别是宋代,我国铸造技术发展到较高的水平。
湖北当阳县,玉泉寺的铁塔。
建于公元1061年,塔高23m,共十三层,每层八面,总重53300kg,塔身造型精美,玲珑剔透,充分显示了我国古代铸造技术的高度成就。
历史记载:李曾伯在荆州每月能铸炮二千门。
到了明代能铸万斤的铸件,一次熔铁10~20t。
铸件重达5~10t以上。
欧洲使用铸铁,开始于十四世纪。
英人李约瑟认为:欧洲铸铁技术是十一至十二世纪由中国传入的。
从海绵铁到生铁,西方延续了2500多年,我国生铁器物比国外早1900多年。
古代铸造技术的发展余熔化炉密切相关;熔化炉需要提供合适的温度、成分、铸造性能和机械性能的材质,才有可能铸造出优美的铸件来。
古代熔化炉与冶铁炉是分不开的。
最早是利用矿石冶炼出的铁水直接浇注铸件,以后,由于铸件应用范围而的扩大,熔化炉与冶铁炉才铸件分开,我国有悠久的冶铁历史,在长期生产实践中,炉型不断改进和完善为熔化炉的发展奠定了基础。
冲天炉熔炼熔炼的目的是要获得一定温度和所需成分的金属液。
一、铸铁在铸造生产中,用得最多的合金是铸铁,铸铁常用冲天炉或电炉来熔炼。
1.冲天炉的构造。
冲天炉的构造,如图所示。
它由以下几个主要部分组成:(1) 炉身。
是冲天炉的主体,外部用钢板制成炉壳,其内砌耐火炉衬。
炉料的预热和整个熔化过程是在炉身内进行的。
(2) 炉缸。
主风口中心线以下至炉底部分。
熔化的铁水经炉缸和过桥流入前炉。
(3) 前炉。
是储存铁水和排渣用的,并使铁水的成分和温度更为均匀。
(4) 烟囱。
用于排烟,其顶部装有捕集火花的湿式除尘器。
冲天炉的辅助设备有称料、运料、上料、送风等设备。
冲天炉的大小是以每小时熔化的铁水量来表示的,称为熔化率。
常用的冲天炉熔化率为1.5~10t。
冲天炉的内径愈大,生产率愈高。
2.冲天炉的炉料及作用。
(1) 金属料。
金属料包括新生铁、回炉铁、废钢和铁合金。
①新生铁,又称高炉生铁,是冲天炉炉料的主要组成物。
②回炉铁,包括浇冒口、废铸件。
按配料的需要加入一定量的回炉铁,可降低铸件成本。
③废钢,包括废钢件、钢料、钢屑等,加入废钢可以降低铁水的含碳量。
④铁合金,包括硅铁、锰铁、铬铁等,可以调整铁水的化学成分或配制合金铸铁。
(2) 燃料。
常用的燃料是焦炭。
对焦碳的要求:含挥发物、灰分及硫量要少,发热量要高,块度适中。
每批金属料与层焦重量之比称铁焦比,一般为10:1。
(3) 熔剂。
熔剂的作用是造渣,提高炉渣的流动性。
常用的熔剂有石灰石(CaCO3)或莹石(CaF2),加入量为层焦重量的25%~45%。
3.冲天炉的熔化过程。
在冲天炉熔化过程中,底焦的高度一般在主风口以上0.6~1m,当底焦烧红后则停止鼓风并加料。
炉料从加料口装入,其次序为熔剂、金属料和层焦,分批加入至加料口。
化铁时炉料自上而下运动,被上升的热炉气预热,并在熔化带(底焦顶部,温度约1200℃)开始熔化,铁水在下落过程中又被高温炉气和炽热焦炭进一步加热,温度可达1600℃左右,过热的铁水经炉缸、过桥进入前炉,此时温度稍有下降,最后出炉温度约为1360~1420℃。
冲天炉熔炼几个问题的处理(2008-06-30 20:35:26)目前,各铸造公司(厂)随着生产量不断扩大,冲天炉的吨位在提高,铸件日生产量也在逐步上升。
在冲天炉熔炼过程中,经常会碰到一些较难解决的问题,笔者根据自己多年的实践经验,介绍一些解决办法,供同行参考。
1 熔化带以上的耐火砖易掉落问题国内一般铸造厂家的冲天炉大多数都有炉衬,而为了防止耐火砖的缝隙渗漏铁液,一般情况下总是砌内外二层耐火砖,并且使里外两层火砖的缝隙错开。
然而,如果在熔化带以上砌内外二层耐火砖,由于支撑法兰经过多次熔化很容易被侵蚀(因为法兰是钢板,靠近法兰的耐火砖侵蚀后,法兰也容易侵蚀),致使上层耐火砖(内层砖)失去支撑,受到撞击、震动时很容易掉落,有时还会伤人。
经过改进,我们把熔化带以上的耐火砖,做成整体。
这样,即使法兰化掉三分之二,耐火砖也不易掉落。
2 过桥、出铁口易被侵蚀问题随着铸件日产量的提高,及铁液过热温度的升高,冲天炉的过桥、出铁口很容易被侵蚀扩大。
过桥侵蚀扩大以后容易造成铁液氧化,以及过桥渗漏;而且出铁口侵蚀扩大以后,容易造成铁液堵塞不住,易烫伤人,影响冲天炉的正常生产。
我们采取以下措施来防止。
(1)在修搪过桥、出铁口的普通耐火泥中,增加10%~20%的刚玉砂(Al2O3)来提高这两处的高温强度,这种方法简单、可靠、成本低。
(2)在出铁温度比较高(≥1 500℃),熔化时间比较长(≥20h)时,采用联矿的#126或#127耐火材料,效果比较理想,但成本较高。
我们采用以上两种方法,克服了生产中过桥、出铁口易出现故障的问题。
3 固定式前炉容量的选择在我国采用固定式前炉的铸造厂家还是比较多的,一般情况下都考虑前炉可以多储存铁液,来均匀批料的化学成分。
因此大多数铸造厂家选择的前炉容量都为批料重量的5~10倍,这样一来前炉的容量是扩大了,但是也不利于前炉的炉渣尽快排出,特别是对生产球墨铸铁是非常不利的。
因为炉渣中的w(S)为0.1%~0.3%,而原铁液的w(S)量一般情况下低于0.1%,炉渣长时间停留在前炉内,越积越厚,从过桥流到前炉的铁液要穿过厚的渣层,原铁液的w (S)也随之升高。
冲天炉熔炼工艺规程1、范围本规程规定了冲天炉熔炼的炉料准备、装炉、炉前控制、质量控制、熔炼球铁、修炉和修包。
本规程适用于冲天炉熔炼灰铸铁和球墨铸铁。
2、炉料准备2.1、焦碳2.1.1焦碳块度:底焦100mm~150mm、层焦大于60mm。
焦碳应分类存放。
2.1.2焦碳的硫分含量小于或等于1.0%,灰分含量小于或等于13.5%,水分含量小于或等于5%。
2.1.3焦碳应存放于棚内,不应受风、雨、雪等侵蚀,不应混有其它物质。
2.2金属材料2.2.1金属炉料的长度不大于熔炉加料口处最小直径的三分之一,重量在25公斤以下。
2.2.2废钢表面应干燥、清洁、无严重锈蚀、无泥砂杂物,不应有密闭容器。
重量在0.10公斤~5公斤、厚度小于1mm的应打包。
2.2.3生铁屑应压块使用,块度约φ155mm×60mm,重约7公斤。
2.2.4加入炉内的硅铁块度应小于70mm,最小不小于20mm,铁合金应避免潮湿。
2.2.5严禁危险物及其它有害物质混入炉料。
2.3孕育剂和球化剂2.3.1硅铁含硅量及球化剂的硅、镁含量应符合标准。
2.3.2硅铁和球化剂应存放在干燥处,防止受潮。
2.3.3硅铁粒度为3mm~8mm,粉状硅铁和粉化球化剂不能使用。
2.4熔剂2.4.1各种熔剂块度20mm~60mm,最大块度不大于80mm。
2.4.2石灰石中氧化钙不低于85%,不应混有泥土、砂石等有害杂质。
2.5耐火砖及点火木材应符合标准规定。
2.5.1耐火砖不应有疏松、裂纹、不合格的不能使用。
2.5.2耐火砖应放在棚内。
2.5.3潮湿木材和刨花不能使用,长度应小于500mm,高和宽应小于200mm。
3、装炉3.1炉底、炉壁烘干后,铺上刨花,再装入木材,然后打开风口,点火。
加入底焦总量的40%~60%,,等全部烧着后再加入余下底焦,随后短时鼓风,吹净灰分,趟透过桥,并从风口处观察和测量底焦高度、进行调整。
3.2装料时注意炉料均匀分布,在熔化过程中使炉料料柱与装料口平齐。
冲天炉和电炉主要技术经济指标比较冲天炉熔炼基本原理:1、底焦燃烧2、热交换:预热、熔化、过热、炉缸3、冶金过程:造渣、化学成分变化工艺参数:底焦高度、底焦重量、送风量(米3/分)、送风强度(米3/米2.分)、风压(一般指风箱风压)、炉气成分(加料口COCO、2、O2%)、燃烧比ηV、炉气温度、热风温度(指风箱风温)、炉衬浸蚀、渣铁比(公斤/吨)、风机参数冲天炉热平衡计算;以100公斤铁料计算热量获得:热量消耗:冲天炉的热效率:η=Q铁/Q总Q铁—预热、熔化、过热铁料需要的热量(千卡)Q总—吸热的总热量(千卡)推荐:40-50%送风量计算:1、1kg焦炭燃烧是需要的空气量L0=9米3 (设固定碳100%2、理论送风量:Q0= L0S×16.6/K (米3/分)S—熔化率(T/H)K—焦炭消耗量,如铁焦比10:1,则K=103、实际送风量:Q=75[C](1+η)S/K (标米3/分)V[C]—焦炭中的固定碳含量η—燃烧比V—=67+10/3C (标米3/米2.分)4、最佳送风强度经验式:W佳C—碳耗量(kg焦/100kg铁)(纯碳)×炉膛截面积(标米3/分)5、最佳送风量:W佳应考虑20%的漏风损失炉渣状况与熔化情况的关系:炉内脱硫:1、提高炉温,-0.02%,不明显2、加电石,效果不明显3、用碱性渣石灰石炉衬脱硫情况1、苏打(NaCO3):0.3-0.5%, 脱20-30%2、电石(CaC)3、苛性钠(NaOH)4、复合脱硫电弧炉熔炼中频炉熔炼浇注:较大平面和薄壁形状复杂的——快浇形状简单的厚实件——慢浇与熔炼、浇注有关的铸造缺陷:1、缩孔、缩松:化学成分选择不当;合理选定浇注温度2、夹渣:降低铁水残余镁量,原铁水硫量越低越好;稀土残余量不能太高,0.02-0.04%之间;尽可能降低硅量;提高浇温,不低于1350度;铁水表面用少量冰晶石(Na3AlF6)除渣并覆盖(0.1-0.3%) 3.23、石墨漂浮:严格控制碳、硅含量,C≯3.8-4.0%,Si≯2.6-2.8%;低硅铁水,加强孕育;保证球化前提下,控制稀土元素含量 3.14、皮下气孔:保证球化前提下,降低残余镁量;尽量降低原铁水含硫量;孕育剂含铝量<1% 11.155、球化不良:球化元素残余量不足;原铁水含硫量过高或铁水氧化严重;铁水中存在干扰元素6、球化衰退:残余镁、稀土量够;降低硫量,防止铁水氧化;缩短球化处理后的停留时间,用草灰覆盖严铁水表面,防镁及稀土元素逃逸。
浅谈冲天炉的熔炼边毅敏【摘要】冲天炉是当前铸造行业应用于熔炼的极其普遍的设备,在熔炼过程中环节较多,稍有不慎就会有意外事故发生.这里就冲天炉在熔炼过程中应注意的问题提供一些粗浅的看法和认识,供大家参考.【期刊名称】《金属加工:热加工》【年(卷),期】2010(000)017【总页数】2页(P59-60)【作者】边毅敏【作者单位】石家庄工业泵厂有限公司,河北,050100【正文语种】中文在冲天炉熔炼过程中,其涉及面较广,工序较繁杂。
要想达到一个良好的熔炼效果,必须对各个环节严格把关。
下面对冲天炉熔炼谈一些粗浅的认识和看法。
在冲天炉熔炼过程中,主要是通过焦炭和风量提供热量来源,故“风焦配合”是冲天炉熔炼的一个基本性问题。
所谓“风焦配合”就是指熔炼过程中风机的风量与焦比的一种定量关系。
我们在购进一座冲天炉时,首先要对其选型。
在选型时就要确定其熔化率、送风结构、送风系统、炉体本身的结构及几何尺寸。
再有就是熔炼过程中的焦比,从成本方面考虑,焦比是一个很重要的参数。
在这些技术参数都确定后,我们就可以通过熔化率和焦比值来计算风机的风量。
对于计算出的风量还需进行送风强度的校验,然后以确定的风量对风机进行选型。
从以上叙述中,我们知道熔化率、风量、焦比三者之间存在着定量关系,因此冲天炉在熔炼过程中,就要以“风焦配合”为原则,来展开实际操作。
风机的风量一般来说不会有大的变化,为了保证冲天炉熔炼的正常进行,进一步达到所要求的熔化率及熔化效果,就必须根据批料的加入量和焦比值来掌握层焦的加入量。
在此基础上对造渣剂(石灰石)的加入量也应有所控制。
但冲天炉的熔炼是一个动态变化过程,炉膛会随着熔化的进行而不断扩大,为了维持相对的底焦高度,层焦的加入量也应相应地略有增加。
由于冲天炉内的变化较复杂,在实际生产中,如果发现铁液的温度偏高,熔化速率偏慢,就需适当减少层焦的加入量;反之,如果铁液温度偏低,熔化速率太快,就需适当增加层焦的加入量,否则就可能导致氧化。
⼯业炉:冲天炉⼀、冲天炉炉型结构及其熔炼过程冲天炉是熔炼铸铁的主要设备,其⼯作特点是连续熔化,铁料与燃烧的焦炭直接接触,因⽽热效率⾼,⼀般可达40%~50%。
冲天炉多以焦炭为,⽬前使⽤的炉型主要有⼤间距双层送风冲天炉、卡腰冲天炉、多排风⼝前线炉膛冲天炉和中央送风冲天炉等,在缺焦炭地区也有使⽤燃油、燃煤粉或燃天然⽓的冲天炉。
为了强化熔炼过程和节约焦炭,在⼀般冲天炉的熔化带下部150~250mm处沿圆周布置6~8个25~30mm的风⼝向炉内喷吹煤粉,称为附加煤粉冲天炉。
采⽤这种炉型可以实现节约焦炭、提⾼炉⼦熔化率(或提⾼铁液温度)、减少元素烧损等⽬的。
冲天炉结构由炉⾝、烟囱、前炉三部分组成。
第⼀排排风⼝以上⾄加料⼝下沿为炉⼦的有效⾼度,在有效⾼度范围内,下部装⼊底焦层,即炉料的预热段。
预热段与底焦交界处为熔化带位置,铁料与层焦组成的料柱,即炉料的预热段。
预热段与底焦交界处为熔化带位置,铁料在此处熔化。
熔化带有⼀下落范围,确定层焦厚度时往往依次定为160~180mm。
第⼀排风⼝中⼼⼀下⾄炉底的距离为炉缸深度。
⽆前炉时,炉缸⽤于贮存铁液;有前炉时,炉缸深度可缩⼩⾄使⼀排风⼝空⽓流不冲刷炉底铁液液⾯为限。
有效⾼度与炉缸组成炉⾝,炉⾝是冲天炉的主要组成部分。
加料⼝以上为烟囱,冲天炉设有独⽴的除尘系统时,烟囱可与除尘系统相连;⽆独⽴的除尘系统时,烟囱应穿出⼚房最⾼天窗3m以上并在其顶部设灭⽕除尘器。
燃烧⽤空⽓由专⽤风机故⼊风箱,再经各排风⼝进⼊炉内与底焦燃烧。
燃烧⽣成的炉⽓向上流动,与下降的铁料进⾏逆流式热交换。
经预热段后的铁料在底焦顶⾯融为液滴,流经底焦时被过热到较⾼温度,然后通过炉缸、过桥流⼊前炉贮存。
消耗的底焦由料柱中的层焦随铁料的熔化补充到底焦内。
⼆、⼤间距双层送风冲天炉⼤间距双层送风冲天炉是冷风冲天炉中易于获得⾼温铁液的⼀种炉型。
主要特点是:1.风⼝排距⼤两排风⼝的间距为⼀般冲天炉的3~4倍,通常取平均炉膛直径的0.8~1.1倍。
)
k )(g kg 层焦量(每批焦料量层铁焦比= 例如:铁焦比是10时,若已定每批铁料为400kg ,则层焦为40kg 。
层焦量:按照炉内焦炭层厚度来决定,其厚度以100~160mm 为宜。
层焦重量可用下式计算:
Ahr W =焦 式中:
W 焦—每批层焦量,kg ; A ——熔化带处炉膛断面积,m 2;
r ——焦炭的堆积比重,400~500kg/m 3
例如:有一冲天炉直径为900mm ,层焦厚度去120mm ,则层焦量为:
g W k 34.3445012.0)9.0(4
2=⨯⨯= 焦 则每批层焦量为35kg.
底焦高度:1.7m
π0.452
×1.7×450=486kg
加500kg 焦炭。
风量:一般以每分钟送入炉内空气在标态下的立方米来计算,其单位为m3/min 。
)
m min)/23路断面积(送风量(送风强度A m Q = 曲线炉膛的冲天炉,在计算送风强度时,一般按主风口处的炉断面积来计算,一般冲天炉的送风强度在90~150m 3/(min ·m 2
)。
例如:
一冲天炉,熔化带处内径为720mm ,主风口处炉膛内径为450mm ,最佳送风强度取120m 3(min ·m 2),则风量为:
min /08.19)45.0(412032m Q =⨯= 按焦炭消耗量和燃烧比计算:
S C K W ⋅⋅+=)1(60
4450νη 式中:W ——送风量,(m 3/min 标态)
;燃烧比(),%%
%%22co co co +--νη K —焦耗量,%;即熔化100kg 铁料所消耗的焦炭量。
C —焦炭中所含固定碳量,%;
S —冲天炉的熔化率,t/h 。
例如:
某冲天炉的熔化记录数据如下:
S=5T/h ηυ=65% C=82% K=8%(即铁焦比12.5:1) 计算实际送风量:W=40.1m3/min
OptionButton
1
热风胆炉:风温一般在150~250℃。
有些可达到300℃。
外加预热装置其风温能够达到350~550℃,但设备复杂,成本较高。
作用:1.提高炉温,获得高温铁水;
2.减少风口冷风区;
3.加速炉内氧化反应,升温快,硅锰烧损少,增碳作用提升。
送风中含氧量和湿度的影响:
通常空气中氧气的体积占空气体积的21%。
提高空气中氧的浓度,对加速焦炭燃烧,提高炉温和铁水温度,节约焦炭等方面的效果很显著,例如:某厂采用制氧机供氧,使空气中的氧的浓度达23.5%,铁水温度从1470℃上升至1530℃。
又有些工厂用沸石型分子筛处理干燥空气,使处理后氧的浓度为23%,降低焦炭消耗15~18%,铁水温度和熔化率也有所提高。
送风湿度的影响:
沿海城市夏季绝对湿度为1m3空气中含水分20~30g。
如熔一吨铁料,需850m3(标态)的空气,若空气绝对湿度为20g/m3,则熔化一吨铁料就要送入17kg水。
这些水分若不去除,就会大量
消耗热能,是铁水温度降低,并使铁水质量恶化。
有的厂实验:空气的湿度如从18~20g/m3降为5g/m3时,铁水温度可提高约30℃,同时提高了熔化率和增碳率。
方法:1)用冷却器脱湿,水分凝结成水滴;2)用吸收法脱湿,硅胶吸收,也用氯化钙或氯化锂等干燥剂吸收空气中的水分。
在大陆干燥的地区,过分干燥也不利于强化燃烧过程,空气湿度以7g/m3,不足时,应加湿送风。