冲天炉熔炼工艺基础

第五章冲天炉熔炼第一节冲天炉熔炼的基本原理一、冲天炉基本结构图5—1所示为冲天炉的主要结构简图。

炉子由以下几部分组成：1 炉底与炉基炉底与炉基是冲天炉的支撑部分，对整座炉子和炉料柱起支撑作用。

2 炉体与前炉炉体是冲天炉的基本组成部分，包括炉身和炉缸两部分。

炉体内壁砌耐火材料，临近加料口处的炉膛则用钢板圈或铁砖构筑，以承受加料时炉料的冲击。

前炉由前炉体和可分离的炉盖组成。

前炉的作用是储存铁水，并使铁水的成分和温度均匀，减少铁水在炉缸内的停留时间，从而有利于降低炉缸对铁水的增碳与增硫作用，而且还有利于渣铁分离，净化铁水。

目前国内外的冲天炉大多是带有前炉的。

前炉的容量大致为冲天炉每小时熔化铁水量的0.8－2倍。

3 烟囱与除尘装置烟囱在加料口上面，其外壳与炉身连成一体，内壁砌耐火砖。

烟囱的作用是引导炉气向上流动并排出炉外。

除尘装置的作用是消除或减少炉气中的烟灰及有害气体成分，使废气净化。

4 送风系统冲天炉的送风系统是指自鼓风机出口至风口出口处为止的整个系统，包括进风管、风箱、风口及鼓风机输出管道。

送风系统的作用是按照炉子工作的要求，将来自鼓风机的供底焦燃烧用的一定量空气送入冲天炉内。

5 热风装置热风装置的作用是加热供底焦燃烧用的空气，以强化冲天炉底焦的燃烧。

常用热风装置有内热式和外热式两种。

以上是冲天炉的几个主要组成部分。

除此以外，冲天炉还必须配备鼓风设备、加配料设备、控制与调节设备以及有关的测试仪器。

二、冲天炉内炉气与温度的分布1 冲天炉内炉气的分布图5－2所示为沿冲天炉纵截面与横截面的炉气分布示意图。

由图5－2a可知，在冲天炉纵截面上，由于炉壁效应的影响，炉气比较集中在炉壁附近，离炉壁愈近，炉气的流速就越大。

在冲天炉横截面上，在风口前缘，因空气流速高，流量大，形成了强烈的燃烧带，而在两个风口之上的区域，则由于空气量少而形成所谓“死区”A。

此外，来自风口的空气流股，因焦炭块的阻力而逐渐失去动能，难于深入炉子中心，因而在炉膛截面的中心区域出现“死区”B。

铸造工艺规程冲天炉熔炼1 目的：对冲天炉熔炼工序进行控制，保证熔炼质量。

2 范围：适用于冲天炉熔炼过程中的备料、修筑、烘干、上料和熔炼的全过程。

3 职责：3.1冲天炉班班长负责组织按冲天炉熔炼工序的工艺规程严格实施。

3.2各操作人员负责工艺规程的严格实施并做好记录。

3.3车间负责人负责监督工艺规程的执行，并对记录进行认可。

4 工作流程4.1 备料4.1.1 冲天炉班班长负责严格按工艺进行备料。

4.1.2 焦炭要筛分，焦末要剔除；焦炭块度不匀，应分级交替使用，同时注意焦块的大小：底焦块度以120mm 为准，层焦以60～100mm为准，允许有少量的偏移。

4.1.3 熔剂石灰石的成分应符合要求，不得混有杂物，块度以50～80mm为宜，允许有少量的单向长度不大于120mm。

4.1.4 金属炉料4.1.4.1 冲天炉班班长应保证按配料单备料，其中新生铁应具体到生产厂家和牌号。

4.1.4.2 各种金属炉料每块长度不得大于炉内径的1/3，即200mm，在重量不超标的情况下允许有少量的不大于220mm，或重量不超过批料重量的1∕10～1/20。

4.1.4.3备料人员在备废钢、回炉料时，应注意废钢中不得混有合金钢、铸铁件及易爆物。

厚度小于1mm 的废钢应打包，块重以0.25～10kg为宜；回炉料应保证材质的一致性，不得混有其它材质的回炉料。

4.1.4.4 各种金属炉料应按牌号、级别分类分堆存放，不得混淆。

4.1.5 球化剂、孕育剂的块度应保证球化剂以5～20mm为准，允许有少量的单向长度偏移。

孕育剂以13～18mm为准，允许有少量的单向长度在18～25mm之间。

4.1.6 电石的块度以30mm为宜。

4.1.7 耐火泥的准备耐火泥混碾时应保证耐火砂与耐火土的比例为2∶1，加水适量，充分碾制，湿度以混好后手握不粘手、易成团、手印清晰为宜。

混好后的耐火泥应用塑料单盖好以防水分的蒸发。

4.2 修筑4.2.1 修炉4.2.1.1 清炉a 待炉壁自然冷却后清理，必要时可用风冷，但严禁用水激冷。

冲天炉高温节焦的理论和操作一冲天炉熔炼基本原理1 底焦燃烧C＋O2→CO2 +34070 KJ/kg C （空气充足）Ｃ＋1/2O2→CO +10270 KJ/kg C （空气不充足）CO＋1/2O2→CO2 +23800 KJ/kg C （再遇空气）CO2＋Ｃ→２CO -12628 KJ/kg C （还原反应）焦炭的燃烧：扩散燃烧隔离层图强化焦炭燃烧的途径：热风增大风量加氧焦炭的灰分低氧化带还原带炉壁效应炉型冲天炉工作过程原理图（1）2 热交换⑴预热区下部炉气温度1200-1300℃ 30min铸铁预热，熔化，过热到1500℃，需热量1381 kJ/kg其中预热区需热量787 kJ/kg，占57％。

对流传热影响因素：有效高度，底焦高度，料块大小，熔化速度，焦铁比⑵熔化区底焦顶面高度的变化范围，或大致为层焦的厚度影响因素：炉气与温度的分布，焦炭燃烧速度，批料重量，料块大小⑶过热区穿越底焦高度 30s 内提高350℃影响因素：底焦高度很重要。

⑷炉缸区无空气供给，几乎不燃烧，铁水温度降低3冶金过程在冲天炉中，金属和炉气，焦炭，炉渣相接触，发生物理化学变化（冶金反应），引起铁水化学成分的变化。

⑴造渣炉料的铁锈，粘砂，焦炭的灰分，金属氧化烧损形成的氧化物，以及侵蚀剥落的炉衬材料相互作用，因太粘，故加熔剂（石灰石），形成炉渣。

⑵熔化过程中铁水化学成分的变化1）含碳量的变化含碳量总是趋向于共晶成分焦炭中的碳向铁水中溶解，增碳；（2）铁水中的碳被炉气，炉渣和溶解的氧所氧化，降碳。

影响因素：焦炭含碳量高，灰分少，块度小，易增碳；铁水在底焦及炉缸处通过时间长，易增碳；冲天炉内温度高，易增碳。

炉气中的CO越少，氧化性越强，碳易烧损；炉渣中的FeO越多，碳越易烧损。

2）硅锰含量的变化炉气中的O2，CO2含量越多，氧化性越强，合金的烧损越严重。

炉渣中的FeO含量越多，合金的烧损越严重。

酸性炉中，硅的烧损为15-20%，碱性炉中，烧损为20-30%。

冲天炉熔炼工艺基础1、冲天炉熔炼基本原理（1）底焦燃烧：冲天炉底焦燃烧可以划分为两个区带：A、氧化带：从主排风口到自由氧基本耗尽，二氧化碳浓度达到最大值的区域。

B、还原带：从氧化带顶面到炉气中[C02]/[C0]浓度基本不变的区域,从风口引入的风容易趋向炉壁，形成炉壁效应，形成一个下凹的氧化带和还原带，对熔化造成不利影响。

①不易形成一个集中的高温区，不利于铁水过热；②加速了炉壁的侵蚀；③铁料熔化不均匀，铁液不易稳定下降，影响化学成分。

解决方法：①采用较大焦炭块度，使风均匀送入；②采用插入式风嘴；③采用曲线炉膛；④采用中央送风系统；⑤熔炼过程中为使焦炭不易损耗，送风量要与焦炭损耗相适应。

根据炉气、炉料、铁水浓度和温度，炉身分为4个区域：（1）预热区：从加料口下沿，炉料表面到铁料开始熔化的区域称为预热区，下面的炉气温度可达1200°C—1300°C，预热带的上部炉气温度为200C—500C。

由于这一区域的平均温度不高，炉气黑度和辐射空间较小，炉气在料层内流速较大，炉料与炉气之间的热交换以对流为主，炉料在预热区内停留时间较长，一般为30分钟左右，预热区的高度受有效高度、底焦高度、炉内料面的实际位置、炉料块度、熔化速度、焦铁比的影响。

（2）熔化区：从铁料开始熔化到熔化完毕这一区域称为熔化区，在实际熔炼过程中，底焦顶面高度的波动范围大致等于层焦的厚度，熔化区内的热交换方式仍以对流为主，在实际熔炼过程中，熔化区不是一个平面区带，而是一个中心下凹的曲面，从铁水过热和成分均匀度出发希望熔化区窄而平直，熔化区在炉内位置的高低基本上是由炉气和温度分布状态决定，也受焦炭的烧失速度、批料重量、炉料块度等因素影响，这些因素将使铁料的受热面积、受热时间、受热强度发生变化，造成熔化区高度波动（影响出铁温度），当焦铁比一定，熔化区的平均高度将会因批料重量的减小而提高，从而扩大了过热区，提高了铁水温度，但是批料层不宜过薄否则易混料使加料操作不便。

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。