冲天炉的主要类型解析

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：各排风口的氧化区相连，形成长氧化带、短还原带的熔炼环境，燃烧比高、节焦效果显著，是我国铸造行业曾经广泛使用的小型冲天炉。该类型冲天炉多采用常炉衬、曲线炉膛，配备自热送风装置，单班制熔炼。

2.2.2.1 多排小风口冲天炉

5t/h多排小风口冲天炉如图2-40所示，风口比一般不超过5%，小到可低于2%。各排风口的氧化区相连，形成长氧化带、短还原带的熔炼环境，燃烧比高、节焦效果显著，是我国铸造行业曾经广泛使用的小型冲天炉。但由于铁液温度和质量较低，以及生产条件的改变，目前应用已很少。该类型冲天炉多采用常炉衬、曲线炉膛，配备自热送风装置，单班制熔炼。用于小批量、要求不高的铸铁件生产。

图2-40 5t/h多排小风口冲天炉

我国20世纪对多排小风口冲天炉做了三化设计，见表2-16。

2.2.2.2 两排大间距风口冲天炉

1.两排大间距风口冲天炉系列

20世纪70年代，我国根据实际生产条件和应用情况，对10t/h及以下两排大间距风口冲天炉进行了系列化规范，使其成为我国铸铁熔炼的主力炉型。近年来，随着铸造行业的迅猛发展，我国已在国家标准中对两排大间距风口冲天炉参数重新做了规范，见表2-17。

表2-16 多排小风口冲天炉三化设计系列参数表

表2-17 两排大间距风口冲天炉参数

图2-41 两排大间距风口冲天炉

1—火花捕集器 2—烟囱 3—加料口部分 4—炉身 5—炉缸 6—前炉

炉子的典型结构如图2-41所示。

2.两排大间距风口冲天炉性能特点

1）两排风口形成两个相对独立的氧化带和还原带，通过调控两排风口的送风量，可方便分配两个氧化带的热量，以适应不同生产条件的需要。

2）根据工作制度，可采用常炉衬或水冷薄炉衬。

3）比多排小风口冲天炉炉温高、氧化气氛弱，铁液温度较高、质量较好。

4）修炉工作量较少，熔炼操作较简单。

5）对炉料要求较高，不能使用严重锈蚀的炉料，不宜使用强度低、块度小的低质焦炭。

6）影响炉膛和风口参数的因素，如炉衬质量、炉料杂质、配料、熔炼操作等对炉况稳定性和熔炼效果有较大影响。

7）采用外热送风时，由于烟气中CO浓度低，不足以提供热风所需热量，需要外加燃料加热空气。

2.2.2.3 单排风口冲天炉

1.单排风口冲天炉规格形式

单排风口冲天炉通常采用炉外预热送风。根据不同的工作制度要求，可采用常炉衬、薄炉衬或无炉衬。国家标准中，规范了单排风口冲天炉的规格和主要参数，见表2-18。

按照热风装置的安装位置，我国对外热风冲天炉规范了顶置式和旁置式两个系列。热风装置安装在冲天炉顶部为顶置式，安装在冲天炉旁侧为旁置式。主要以炉气燃烧室的位置界定，无独立燃烧室则以换热器的位置界定。我国机械行业标准对两个系列外热风冲天炉形式和主要参数做了规范。

表2-18 单排风口冲天炉基本参数

表2-19、表2-20给出了两类外热风冲天炉的参数，供参考。实际应用中，应根据生产条件和炉况适量调整。

表2-19 顶置式外热风冲天炉规格及主要参数

表2-20 旁置式外热风水冷长炉龄冲天炉规格及主要参数

（续）

2.外热风冲天炉结构及性能特点

（1）热风装置热风装置主要由燃烧室和换热器组成，为了净化烟气和控制炉气燃烧、换热，需要配置除尘系统。不采用外热风的炉型，通常配置热风炉胆，利用预热带烟气物理热预热空气，并抑制烟气中二氧化炭还原反应，实现自热送风，提高热效率。冲天炉炉气中的物理热约占焦炭发热量的5%～8%，炉气中CO的化学热占26%～41%。顶置式外热风冲天炉利用了炉气的物理热和化学热，旁置式外热风冲天炉利用化学热。由于高温热风的作用，铁液温度可稳定在1500℃以上，有利于消除金属炉料的遗传性，Si、Mn元素烧损低，炉渣中FeO的质量分数可低于1.5%。适合于熔炼球墨铸铁、孕育铸铁及高牌号铸铁。

（2）风口通常采用插入式水冷风口，以保持炉膛内送风位置及炉况的稳定，适应长炉龄的需要。为了减弱炉壁效应，实现送风均匀，风口的倾角大于两排大间距风口。单班制冲天炉可采用普通风口，要求风口的结构参数应更准确。单排风口形成热量集中的高温氧化带，这是获得高温优质铁液的主要条件之一。

（3）炉衬适应无炉衬、薄炉衬和常炉衬，更宜采用无炉衬和薄炉衬，实行两班以上工作制。无炉衬和薄炉衬比常炉衬渣量及热损失少，熔化带尺寸稳定，修炉材料消耗和工作量少。

（4）加料口顶置式外热风冲天炉加料口尺寸较小，避免过量的空气进入燃烧室，降低烟气温度。旁置式外热风冲天炉的烟气抽出装置设置在加料口以下，为避免空气经加料口渗入烟气中降低一氧化碳浓度，需在烟气抽出口上部设置一定高度的阻气料柱。

（5）炉况稳定，故障率低，容易操作，劳动强度低，熔化中基本不用捅风口。

（6）氧化性弱，元素烧损少，对炉料的适应性强。

（7）熔化率调整范围大。

图2-42、图2-43所示为外热风冲天炉示例。

2.2.2.4 无焦冲天炉

目前无焦冲天炉多以燃气为燃料，也有使用燃油或燃料粉的成功案例。无焦冲天炉的基本结构由炉身和燃烧室组成，具有环保条件好，污染物排放物少，能耗少，投资成本低等优点。近20年，这种炉子重新得到发展，操作成熟度显著提高，生产率在18t/h以内的已装备成十分现代的设备。

图2-44所示为设备系统的结构，天然气的燃烧使用含2%的富氧空气，经特殊喷嘴喷入燃烧室。高温炉气将热量传给料柱，加料口的炉气温度只有400℃。

图2-45所示为KO-2000无焦冲天炉的结构。熔化在竖炉进行，铁液过热到1370～1400℃。

图2-42 顶置式外热风冲天炉

图2-43 旁置式外热风冲天炉

1—加料口 2—导料钟 3—水套进水管 4—水套回水口 5—防爆阀 6—水套排污管 7—锥形水套 8—预热段 9—炉体膨胀缝 10—水冷熔化段 11—炉气环室与出口 12—环室水套

采用水平床式炉或感应电炉完成过热，铁液温度可达到1500℃以上。以这种方式操作的无焦冲天炉热能利用率高，总效率可达57%。无焦冲天炉使用水冷炉栅支撑换热床。炉栅下部空间是天然气的燃烧室，燃烧形成的热量通过上升的高温炉气带给炉料。采用耐高温的陶瓷球放在水冷炉栅上面，形成换热床，为保持过热带功能必须有500～700mm的垂直高度。从熔化带流下的液滴经过陶瓷球时得到很好的过热。陶瓷球的消耗量每吨炉料为30～50kg。用作制造陶瓷球的材料除要求耐高温外，还要求与炉栅不发生黏结。

此类冲天炉的结构特点为：在卧式前炉一侧安装一个功率强大的燃烧器，由它产生的炉气经对流、辐射传热方式加热熔池内铁液，接着转向炉身，熔化金属炉料，熔化后的铁液通过炉栅流入卧式前炉。炉身建造得相对低一些，为的是让炉气温度达到800～1000℃，以便使用这部分热量去预热设置在加料口上方（烟囱里）的换热器，使热风温度提高至500℃。这种组合式炉型的卧式前炉的拱形炉顶不容易建造，侵蚀快。特别是出铁温度达到1520℃以及氧化环境条件下运行，炉渣中FeO含量高达10%～15%，此时腐蚀性特别强，炉衬遭受显著损伤。

无焦冲天炉在结构上讨论最多，改动最大的部分是它的过热阶段选用的形式和结构。如图2-46所示为采用感应电炉做前炉的结构。无焦冲天炉—感应电炉双联熔炼是克服卧式前炉缺点的有效方法，不但可使冲天炉的结构简单可靠，而且比较容易控制铁液的质量。图2-47所示为以燃气为主、燃气—焦炭混合燃料冲天炉。焦炭换热床实现铁液初步过热和冶金功能，可少量送风以提高温度。生产实践表明，铁液温度1450～1500℃，合金烧损与普通冲天炉相当，天然气与焦炭供热量比例约为7∶3，折合铁焦比9～10。

图2-44 无焦冲天炉的系统的结构

1—燃料管 2—出渣口 3—出铁口 4—熔池 5—测压计 6—炉渣 7—燃烧室 8—铁液滴 9—水冷炉栅 10—观察孔 11—换热床 12—热电偶 13—炉料 14—换热器 15—冷风管 16—炉身 17—热风管 18—燃烧器

图2-45 KO-2000熔化设备结构

1—排烟口 2—旋风除尘器 3—换热器 4—常温送风 5—进料口 6—炉身 7—炉料 8—换热床 9—炉栅 10—燃烧室 11—炉渣层 12—熔池 13—燃烧器 14—卧式前炉前段 15—卧式前炉后段

图2-46 带感应电炉做前炉的无焦冲天炉

1、2、4、9—炉衬 3—燃烧器 5—陶瓷换热床 6—水冷炉壳 7—炉料 8—进风管 10—供风管 11—水冷炉栅 12—分渣器 13—增碳剂槽 14—测温计 15—过热器 16—出铁口 17—出渣口 18—感应器 19—铁液槽 20—倾转液压缸

图2-47 碳床燃气冲天炉

1—轨道 2—台车 3—燃烧室升降机构 4—出铁口 5—燃烧室 6—燃烧器 7—燃气分配管 8—水冷炉栅 9—炉身 10—送风口 11—风箱 12—换热床 13—金属炉料 14—层焦 15—送风管 16—风阀 17—熔池

冲天炉的主要类型解析

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