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铸铁熔炼-冲天炉熔炼

日期:2022-12-06    浏览次数:    

      冲天炉由一个具有耐火炉衬的高大垂直筒炉体组成。炉内炽热的底焦支撑着上面分层布置的金属炉料、助溶剂和层焦。从风口引入的空气与焦炭产生燃烧反应,产生二氧化碳、一氧化碳,放出大量的热量。焦炭的作用是作为燃烧的燃料以及在冲天炉内熔炼、过热区作为铁液的增碳剂。为满足环境的法律限制,必须采用污染控制系统对冲天炉熔炼造成的排放物进行处理。冲天炉内部可全部采用耐火材料内衬或采用水冷钢壳延伸至过热区,过热区依然用耐火材料炉衬来抵御燃烧的热量和融熔金属。

      冲天炉熔炼铸铁具有一些明显的优点,在铸造工厂冲天炉可进行大吨位低运行成本的生产,冲天炉能够熔化大尺寸的炉料,炉料从投料到熔化区的充分预热使它们得到干燥或完全脱油,炉料中一些不希望出现的元素(如铝、锌,镉、铈等)也被氧化造渣而去除,这些氧化物的一部分变成渣滓或者成为漂浮积尘而被集尘装置收集并加以处置。冲天炉熔炼冶金质量优异,它易于铸铁成核,而趋于析出石墨代替铸铁中的碳化铁。熔化铁液与炽热的底焦炭床紧密接触,使得炉缸的铁液含碳量增高(热风冲天炉增高1.5%),铸铁中的核心增多。如果冲天炉“供风过度”,也就是引入超出了相应的燃烧焦炭所需过量的氧,这时铸铁就会被“氧化”,出现这种情况必须在出铁时进行更彻底的脱氧处理以获得可以接受的铸件,通常采取增加孕育硅铁合金加入量的处理方法。

      冲天炉作业可采用冷风和热风供风。冷风冲天炉通过风口引入环境空气,熔炼每吨金属需要更多的焦炭,而且由于焦炭的不完全燃烧造成较多的排放,通常应用于较小生产规模且间歇运行的铸造工厂(2~10t/h)。铁液由冲天炉炉缸流入前炉中保持适当的时间后出铁到浇包中,再封好出铁口,如此循环操作运行。可以用冷风冲天炉生产球墨铸铁,但必须选择合适的炉料材料、采用适当的熔化后处理程序,通常需要调整化学成分、脱硫和金属再加热,这往往需要一个重新加热的转接炉装置可进行外部脱硫。

      当熔化率要求超过15t/h时,宜选用热风冲天炉。空气通过热交换器预热后经风口吹入炉内,采用燃油或天然气等辅助燃料加热换热器换热管,使供焦炭燃烧的空气通过换热管束被预热到500℃以上引入冲天炉。使用热风冲天炉的优点如下:

1)降低冲天炉焦炭消耗。

2)增加炉料中废钢的使用比例。

3)提高冲天炉熔化率。

4)铸造工厂的废弃物(造型、砂处理、清理等含有C、Fe、SiO2等细粉粒)可喷入冲天炉内再利用。

5)减少废气和粉尘排放。

      冲天炉最经济的运行方式是连续熔炼。双联熔炼工艺(电感应再加热)可进行微小的成分调节,保持铁液温度稳定。随着铁液保温炉的产生,满足了铁液需求不断变化的情况,尽量减少化学成分波动化。

      冲天炉预热送风可以提高送风温度,使得空气中自由氧的活性增加,强化底部焦炭燃烧,加快燃烧反应速度,铁液温度和熔化效率提高;热风是冲天炉内导入了补充热量,炉气温度提高,有利于铁液过热度提高;采用热风使焦炭消耗减低、元素烧损减少。现代化的热风冲天炉可以实现连续数周不间断生产,从而节约炉衬耐火材料维修成本、改善维修人员工作条件、焦炭床烧损少、节约耐火材料而节约能源。当然采用热风冲天炉的耐火炉衬材料的投入成本较高,但是耐火材料的更换频率会下降。

      冲天炉的热风是靠换热器来实现的。冲天炉换热器主要有将换热器安装在炉内和炉外两种形式,即内热式和外热式。

      20世纪80年代开始有铸造工厂采用对冲天炉输入的空气进行附加的加热,即超级加热器(见图 1),利用电加热或回收高温炉气将空气加热到800℃,进一步提高生产率和节约焦炭。富氧送风是指用氧枪将浓缩的氧气在风管中加氧或风口中喷氧,增加炉缸区温度提高熔化率,提高炉缸区焦炭的增碳能力。最早是从风口引入3%~5%的氧到风口上方的燃烧区,现在随着技术的进步,许多冲天炉在风口设置超音速喷氧管,含氧浓度可以达到10%,这能进一步增加熔化率、降低焦炭消耗。

图 1 超级换热器实例


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