论水冷无炉衬冷风大双冲天炉熔炼高温优质铁液

1、论水冷无炉衬冷风大双冲天炉 熔炼高温优质铁液论水冷无炉衬冷风大双冲天炉熔炼高温优质铁液15t冲天炉的应用天润曲轴有限公司（文登264400） 李俊强毕海防殷汝武江阴市铸造设备厂（江阴214411） 夏汝明沈阳铸造研究所（沈阳110021） 蔡德全（执笔）东南大学（南京210096） 周重光【摘要】经国家铸造锻压机械质量监督检验中心检验合格的R1115SL15t/h水冷无炉衬冷风大双冲天炉， 在焦耗为12%.焦炭固定炭88*90%时，铁液（出铁槽）平均温度为14919。冲天炉热效率为355%。并 对获得高温铁液的要素进行了分析和论证。关键诃：水冷无炉衬冷风大双冲天炉高温优质铁液 热效率目前，国外

2、冲天炉发展已趋向“大型化、热风.水冷无炉衬连续熔炼”。我国改革开放以来，汽 车和铸管行业得到了飞跃的发展，对冲天炉熔炼提出了 “连续供应熔化量大的高温优质铁液”的要求。但 由于国外冲天炉热风系统复杂，对材质要求高，一次性投资大.维护保养费用较高等问题，从而限制了在 我国的推广应用.所以在调査研究了我国铸造企业实际情况后，江阴市铸造设备厂推出了 “外水冷无炉衬 冷风大双冲天炉”系列（亦可同电炉双联），可熔化出高温优质铁液。江阴市铸造设备厂与山东文登曲轴冇限公司共同调试、投产的15t/h外水冷无炉衬冷风大双冲天 炉于1998年启用。一、15t/h外水冷无炉衬冷风大双冲天炉的测量数据1、结构参数风口

3、区炉膛直径 熔化带炉脫直径 有效高度 炉缸高度 炉底厚度 风口比 风口个数 风口排距2、工艺参数底焦高度 风ft焦炭固定炭 层焦耗量3、铁液平均温度1700mm；1600mm；8550mm；650mm；600mm；2X6；800mm。2400mm；180200m3/min； 88%90%；12%；采用改良焦（固定炭含址在88旷90%）,连续测温8次，铁液温度分别为：15000 14900 1485G 1490*Cx 14909、14909、1492C. 14929,铁液平均温度 14919.4、平均熔化速度冲天炉正常工作时，平均熔化率为15. 2t/ho 5x氧化铁及冷却水温度筮渣中FeO含量

4、风口冷却水最大温差炉体冷却水最大温差6、炉气分析3.18%6eC28C取样6次，侧得炉气中C02、02 CO的气体含fit的平均值分别为12. 5% 0. 3% 12. 6%二. 15t/h水冷无炉衬冷风大双冲天炉获得高温铁液的分析此炉在焦耗焦炭固定炭8號90%的条件下，已获得出铁槽铁液平均温度为1450-C1490-C,铁液最高温度为15509。耍获得高温铁液必须采取措施去强化冲夭炉底焦的燃烧。K 选用优质焦炭或铸造焦冲天炉熔炼选用国内优质焦炭或铸造焦是获得高温优质铁液的有效措施。国外30年代初就开始使用铸造焦，我国在80年代才开始应用铸造焦。同冶金焦相比，它的主要特点是：固定碳髙、灰分低.

5、硫低、强度高.块度大而均匀。山东文登曲轴厂选用山西改良焦，其组成与铸造焦.北京焦对比 情况见表1表1改良焦冶金焦铸造焦对比表序号焦炭类别固定碳灰分硫挥发分水分炉内最高温度(%)(%)(%)(%) (%)平均值/c1汾阳益华8& 0710. 650. 521.281.342山西汾阳90. 758. 510. 620. 743镇江特级91.817. 680. 610.5117824镇江一级89 659 870. 510.485薛城二级87. 9910. 980. 51.0317806北京丼通焦85.314.150.730.55-1718*冶金焦依常用的发热量关系简化计算：山西汾阳改良焦 Ql=90

6、. 75X33& 58=30726. 14KJ/Kg； 镇江待级铸造焦 Q2=91. 81X33& 58=31085. O3KJ/Kg； 北京普通焦Q3=85. 30X338. 58=28880. 87KJ/Kg；可见所用山西汾阳改良焦比北京普通焦发热量高出1845. 27KJ/Kg,而与特级铸造焦的发热量相近 似.焦炭固定碳含量增加，底焦在单位时间里所燃烧碳量增加，而导致炉内温度提高。如以炉内高温区最 高温度（平均）表示，山西改良焦比北京普通焦将提高炉温609以上.焦炭固定碳含最对冲天炉炉内温度 分布影响如图1所示。炉内温度分布/C图1炉内温度分布曲线1 镇江焦1#2.薛城焦3 北京焦随着焦

7、炭灰分的降低，其炉温随之升高。焦炭灰分与铁液温度的关系为直线关系，灰分毎减少1%, 铁液温度提高109左右（见图2） o图2焦炭灰分与铁液温度的关系所以对同一个冲天炉在相同的熔炼条件下，采用优质焦炭或铸造焦代替冶金焦后，由于焦炭灰 分从降至8旷12鬻则铁液温度可提高3070C选用优质焦炭或铸造焦.减少了渣显和渣对熔炼过程的不利影响。焦灰分少，会加快碳的燃烧速度，强化 底焦燃烧；渣量减少有利于铁液同焦炭之间的传导传热，加强了两者的热交换。此外，铸造焦强度较高， 块度大而均匀、含嚥低都有利于熔炼高温优质铁液。2、采用大排距双层送风系统大排距双层送风系统的冲天炉简称大双冲天炉，1975年一机部冲天炉

8、测试组公布了全国典型冲天炉测试结果（1）,认为从冲天炉熔炼获得高温铁液的角度看，大双冲天炉高于多排小风口冲 天炉。大双冲天炉的底焦试验表明。其底焦燃烧过程仍然是碳燃烧的4个基本反应，其不同之处在于如 何组织燃烧。由于双排风口送风，排距拉长，在底焦中必然形成两个独立的燃烧区，每个燃烧区祁形成自 己的氧化带和还原带。这一现象可从炉衬侵蚀的状态得到证明。一排风口送风所形成还原带产生的co,当 上升到二排风口（即二排风口所形成的氧化带）遇氧再度燃烧.所以岂炉内温度沿炉身方向的分布特点与 一般冲夭炉不同，它具有两个温度峰值。随着上排风口进风董增加，底焦上部的炉温提高，从而使熔化带 的位置上移，使铁液过热

9、路程增加。参见图炉成分他）炉弋0覆X32图3大排距冲天炉炉龜处炉温炉气成分图大双冲天炉的风口排数较少，相对讲送风是比较集中的，所以炉内温度较高.影响铁液过热的两 个主要因素，炉内最高温度和铁液过热所流过的距离，大双冲天炉两者兼而有之，易获得较高的铁液温度, 一般铁液温度可提高30509。如采用铸造焦，则效果更好。3、选用插入式风口大型冲天炉要获得高温铁液，还要解决底焦燃烧沿横截面燃烧均匀的问题，即送风的深度及均匀 性的问题。见图4。/1、2016 凤口 600 3200 1800 245 3000 的CO 炉息以上百度/门內（Q）沪于中心4炉一T成# A 0600 1ZOO 1800 24C0

10、 3000 ?6C0 炉半征旳漁0 RO 600 12G0 1800 24&D 3000 3600 护底以上高曳打価Is 护汽说#图4 大炉径冲天炉炉气成分变化冲天炉送风理论研究表明.送风的穿透深度是同炉子内径与焦炭块度比值相关联的。见图以平均流速42 - nIiI丄054075120 150距炉壁径向距r/nm图5气流速度沿径向分布当焦炭块度与炉子内径之比d/D=l/& 5时，风速沿炉子径向保持不变的分布状态，即送风可穿透 炉子中心；当d/D=l/15时，由于焦炭块度小而阻力增加，风速沿径向减弱，迫使炉子中心出现了弱风区(3) 文登曲紬有限公司采用改良焦，焦炭块度较大，多数为lSOmmOOm

11、m,和插入式风口配合，其d/D= (150200) /1500=l/101/7. 5保证了侧送风在底焦内的深度及均匀分布，使底焦能均匀强化燃烧。所 以大中型冲天炉应用水冷插入式风口和适合选择焦炭块度是强化底焦均匀燃烧的車要保证.4、控制合理的风与焦配比冲天炉熔炼控制合理的风与焦配比是冲天炉正常操作的基本条件.对冲天炉来说，在o OO 55 4JL 11004结构、焦炭质量和金属炉料状况一定的情况下，其炉子的烙化率和铁液温度主要取决于送风量和焦耗两的 变动。其规律可用冲天炉网状图来表示，见图6 (4)。135045678910111?比生产h)实线：4)750虚线d)500图6 冲天炉网状图从图

12、6可见，当焦耗一定时，随着风最增加，炉子生产率增加，而铁液温度开始时随风最的增加 而升高，当达到最高值后随风量的继续增加而下降。获得的铁液温度最髙值这一点就是风与焦配合的最佳 点熔化过程中，实际入炉的风量可根据碳燃烧化学反应式计算，如下式：0=74.17XAXKXCX (1+nv)式中Q送凤量A熔化率K层焦耗C固定碳含量n燃烧系数16t/h冲天炉检测数据:A=15. 2t/hx K=12% C=8941%、nv=50%,则此炉实际进风fl：为：Q=74 17X15. 2X12%X89.14%XL 5=181. 4m3/nin流量孔板检测风量平均值为201. 6 mS/min漏风损失为(201.

13、6-181.4) /201.6X100%=10%15t/h冲天炉在焦耗量12%.送风量181. 4m3/niin条件下，其实际检测炉子熔化率为16. 2t/h,平 均出铁槽铁液温度为14919。可见其送风在最佳值范圈之内。三、15t/h外水冷无炉衬冷风大双冲天炉热平衡1焦炭燃烧发热Q焦=8100X4. 18XC=8100X4. 18X89. 41%=30272. 44KJ/K& 焦Q 焦=1000X 12%X 30272. 44P6S2691. 7Kj/t 铁2s元素氧化发热(忽略铁料中杂物)Fe. Si. Mn氧化的热效应分析分别为：Fe+ O2=FeO+4915. 68KJ/Kg (Fe)

14、Si+02=Si02+28215. OKJ/Kg (Si)Mn+ 02=MnO+6905. 36KJ/Kg (Mn)元素烧损情况如表2表2SFe配料成分3.13元素变元素烧损(%)CSi1. 250. 36Mn0. 05650皿)冷风热平衡图及热平衡图及热效率比较(徳国M. Bader)四、结论(1) 15t/h外水冷无炉衬冷风大双冲天炉熔炼能够获得高温铁液，其主要原因是采用铸造焦或优质改良焦。 理论和实践都证明，在相同的熔炼条件下，由于铸造焦固定碳含量离、灰分低、低含硫址与强度高,所以 应用铸造焦等能把我国冲天炉熔炼高温优质铁液的技术提高到一个新的水平。(2) 15t/h(3) 15t/h外水冷无炉衬冷风大双冲天炉采用了水冷插入式风口，适当选择焦衆块度，确保焦块与炉径(风 口平面)的比例为1: 8610,强化了炉膛中心部位的底焦燃烧，为获得高温铁液创造了条件。(4) 控制合理的风与焦配比，选择最佳熔炼工艺是前三项强化底焦燃烧、强化热交换的基础。是冲天炉 熔炼能获得高温优质铁液最基本条件。(5) 15t/h外水冷无炉衬冷风大双冲天炉冷却水所带走的热损失为11%,略高于般冲天炉的炉薙传热损 失和炉体的