冲天炉熔炼工艺基础

1、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 CO2/CO 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。 不易形成一个集中的高温区，不利于铁水过热； 加速了炉壁的侵蚀； 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： 采用较大焦炭块度，使风均匀送入； 采用插入式风嘴； 采用曲线炉膛； 采用中央送风系统； 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。

2、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 200 C 500 C。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

3、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。（3）过热区：从铁液熔化以后，铁水下滴过程中，与高温炉气和炽热的焦炭相接触，温度进一步提高，

4、此区域称为过热区（过热区炉气温度一般在1600 C 1700 C）。过热区内以焦炭与铁水接触传导传热为主， 焦炭表面燃烧温度对热交换效果有重要影响。 因而设法强化 底焦燃烧，经测定铁水滴成铁水小流穿越底焦的时间一般不超过30秒，而在这一区间内铁 水却要提高350 C左右，比预热区大了 24倍左右，其传热强度为11KJ/Kg.s，达到这样高的 传热强度， 除了以高炉温做保证外， 还要保证底焦具有足够的高度， 这是提高过热效应的关 键。（4）炉缸区：在一般操作条件下，炉缸内没有空气供给，焦炭几乎不燃烧，此区域温度一般不超过1520 C,所以对高温铁水来说，炉缸区是一个冷却区，且炉缸越深，冷却作用越

5、 大。为了提高此区域的温度，可以适当地开渣口操作，但对铁水的氧化程度有害，所以当熔炼稳定以后，还要闭渣操作。3、冶金过程 金属在冲天炉内被预热、熔化、过热的过程中，金属与炉气、焦炭、炉渣相接触，发生一系 列的物理、化学、冶金反应，引起铁水化学成分的变化。（1 ）、砂、焦炭中的灰分、金属元素氧化形成的氧化物，以及侵蚀剥落的炉衬材料等相互 作用形成炉渣， 其主要成分为二氧化硅、 三氧化二铝，这种粘滞的炉渣包附在焦炭表面，不 仅阻碍燃烧， 而且不利于冶金反应的顺利进行。 因此必须用熔剂加以中和和稀释， 以便顺利 地排除， 熔剂主要是石灰石， 加入量一般为焦炭重量的 30%左右， 炉渣的性质通常以炉渣

6、碱 度衡量，碱性炉渣有利于炉内的脱硫反应，可以降低铁水的含硫量。（2）、化学成分的变化，冲天炉熔炼化学成分变化有如下规律： 、含碳量的增加。铁水的含碳量的变化，总是趋于共晶成分； 、含硫量往往增加 40%-100%铁水增硫量主要来自于焦炭； 、磷量基本不变； 、铁、硅、锰等合金元素烧损，炉内氧化作用越大，元素烧损越严重。附：冷风水冷无炉衬冲天炉一期工程为 12T1 、炉体结构：上部为加料口，下面装有料位传感器和环形抽气道（抽走气物）。炉壳为圆锥形， 上小下大，便于冷却水顺壁而下冷却炉壁， 自加料口至风口这段炉身内，除抽气道砌 有耐火材料外都没有炉衬，在炉壁外壳设有多道的环形喷水管，用于喷淋，冷

7、却炉壁， 风口数量 8 个， 为使空气伸入到熔炉的中心， 减少炉壁效应， 改善底焦燃烧，并避免高温气流冲 刷炉壁，用水冷风口插入炉内供风， 炉缸内砌有耐火材料，炉缸内分别有出铁口、 除渣口可 以进行连续地出铁和除渣， 并且从冲天炉加料口下方抽出的炉气经过螺旋重力除尘以后，通过布袋除尘器。2、冲天炉的水系统：由炉体及风口冷却水和冲渣水两部分组成，炉体冷却水和风口冷却水 共用一套供水装置， 冲渣水单独一套供水装置。 冲天炉送风系统采用高压离心式风机， 电机 功率130KW，额定风量：3000m3/h。在环形抽气道管道上配备一台冷风机，把抽出的气体 与冷风机的气体混合，将高温炉气降温，一般应降到15

8、0 C以下。炉后的加料系统采用计算机自动配料控制系统振动给料， 传感器传输数据， 反馈回的数据由计算机计算后自动平衡炉 料。上料机构为爬式加料机，冲天炉设有中央微机控制室，通过屏幕监测和控制设备。4、主要特点： CO含量通常比CO2高，炉气的燃烧比一般在 40%左右，最大不超过 60 %，所以，炉气氧化性弱， 铁和合金的烧损小， Si 的烧损通常不到 5，渣中的氧化铁含量低，一般不到 2，在弱氧化性条件下， 熔炼铸铁是目前国内外冲天炉较为普遍的一种操作方式目的是为了以最 低的熔炼损耗获得高温优质铁水。 炉况稳定连续工作时间长，这种熔炼炉由于没有炉衬， 在整个熔炼操作期间炉型和炉膛尺寸始终是稳定

9、的，风量和风口插入深度， 都可以进行调节和控制因而炉况稳定。此外， 各种 熔炼炉，没有因为炉衬熔蚀所形成的炉渣，渣量只占熔炼铸铁重量的0.1-0.3 %。由于渣量少，由炉渣（一般有炉衬冲天炉渣量 3-6 %）引起的铁水化学成分的波动也就小。所以，铁 水化学成分含量正确控制并保持稳定。 熔炉的连续工作时间不再受炉衬寿命的制约， 而主要 取决于炉缸的寿命。 调节范围大， 这种熔炼炉的风量、 风口插入深度以及决定炉缸深度的炉底厚度都可以调节和改变， 所以在保持铁水温度不变的情况下， 熔炉的熔化率可以灵活的调节， 熔炉的最高和 最低熔化率可以相差一倍，在全部用废钢作炉料时，通过改变炉底厚度，可以熔炼得

10、含C量低到 2.8%，高至 4.0%的铁水。此外，通过造碱性渣（碱度 1.3-1.6 ）可以将铁水的含 S 量降到 0.035 %以下，因此，这种熔炉适用球墨铸铁管的生产。 对周围的环境污染小，由于炉气净化设备比较完善，经过净化后的炉气含灰量仅为0.05- 0.1g/m3 ，低于环保标准（不大于 0.2g/ m 3的标准）。附：一、 冲天炉熔炼过程 在熔化过程中底焦燃烧而消耗，为了保证整个熔炼过程连续正常进行就必须及时得补充底 焦，以此来始终保持底焦的高度。 随同铁料一起加入的焦碳就可以补尝底焦的消耗， 熔化过 程的底焦同点火前所加底焦不是同一高度， 底焦的顶面是指金属炉料大体熔清的位置。 在

11、底 焦高度内只有铁水和熔渣不断的穿过焦炭柱， 它的高度和上界面的形状随熔化工艺和供风方 式而改变，底焦燃烧状况（炉温、炉气成份、炉气成分的分布）是冲天炉熔化过程的基础， 冲天炉的熔化过程就是合理的组织底焦燃烧， 以此来获得炉内的高温， 同时造成铁料与焦碳 炉气间的最佳热交换过程。（一）、造渣过程 冲天炉燃烧和换热过程中会从各个方面带入炉内各种各样的氧化物，其中有焦碳的灰分、 金属炉料的铁锈、粘土和砂子腐蚀掉的炉衬的。金属炉料中一些元素的烧损也会产生氧化物， 主要有二氧化硅、三氧化二铝、 氧化镁、 氧化亚铁其中以酸性氧化物二氧化硅为主，如果这 些氧化物残留在铁水中会使铁水粘度增大流动性下降， 并

12、恶化铸件的机械性能， 因此伴随熔 化过程必须有一个造渣过程， 随同每批炉料加入一定数量的溶剂， 以便使这些化合物变为熔 渣从炉内排出获得干净的铁水和洁净的焦碳表面。 常用的造渣熔剂石灰石加入炉内后逐步加 热到900 C时开始分解生成石灰，石灰（ CaO是较强的碱性氧化物可以同高熔点酸性氧化 物组成低熔点的复杂盐类， 炉渣成分对冲天炉熔炼过程、 铁水质量有重大影响， 调整炉渣成 分可以促成或者是阻碍一些反应的进行， 按照组成物的化学性质分有三类： 酸性氧化物包括 二氧化硅、五氧化二磷，碱性氧化物包括氧化钙，氧化镁，氧化锰，氧化亚铁，中性氧化物包括氧化铝。如果渣中的酸性氧化物多就称为酸性渣，碱性=

13、CaO%+MgO%碱性在0.8以下SiO2% 时称为酸性渣，碱性在 0.81.0 时称为中性渣， 1.0 以上称为碱性渣，在冲天炉内还可以加 入萤石（CaF2用以降低炉渣熔点，这种氟盐投炉以后可以生成氟化氢对人体极其有害，目前许多工厂已禁止使用。经验表明，不加入萤石对炉渣性质并没有不良影响。（二）、单个焦碳或炭柱的燃烧碳的燃烧具有两个条件： 温度和氧， 碳在一定温度以上才能和氧发生燃烧反应， 温度范围是 600700C，此范围称为碳的着火温度，在这一温度下，焦碳表面上的碳开始与空气中的氧 作用首先形成 CxOy,然后分解成一氧化碳和二氧化碳并放出热量这叫一次反应，所生成的 二氧化碳扩散到焦炭表

14、面就会被碳还原生成一氧化碳并吸收热量CO2+C=2CO3438 千卡/ 公斤碳 （1-1 ）反应条件温度8001200 C才可顺利进行，二氧化碳的氧被碳夺走生成一氧 化碳，在化学上称为二氧化碳的还原反应， 这一反应消耗了碳而不放出热量反而吸收了热量， 这是冲天炉燃烧过程所不希望的， 一次燃烧的另一产物一氧化碳由焦炭表面扩散出来与氧相 遇可生成二氧化碳并放出热量，C0+1/202=C02+3000千卡/公斤碳，这个气相反应在一定空间压力之下温度在 9001000 t范围内才可能进行，通过温度、氧的数量和焦炭性质等因素 的变化调整一氧化碳和二氧化碳的数量， 氧过剩时或者是温度较高时可以获得单一产量

15、二氧 化碳，此时每公斤碳只能放出2201千卡热量C+1/2O2=CO+220仟卡/公斤碳，碳加氧分子生成二氧化碳叫做完全燃烧； 碳加氧原子生成一氧化碳叫做不完全燃烧， 不完全燃烧释放的热 量只有完全燃烧的约三分之一，完全燃烧时每公斤碳需要供给8.89M3 的空气；不完全燃烧时每公斤碳需要供给 4.44M3 的空气。实际上焦炭的燃烧过程属于气固多相反应，包括气体 扩散以及焦炭表面上的反应等几个环节，整个反应过程的速度同各个环节的进行速度有关。 反应所表现出来的速度决定于速度最慢的环节。温度很高， 气流速度很低， 化学反应速度很大时整个燃烧反应速度决定于气体扩散速度， 就把它称为扩散区； 相反温度

16、很低， 气流速度 很高， 整个燃烧反应速度决定于化学反应速度，就把它称为动力区。 如果化学反应速度与气体扩散速度相接近， 则称为扩散动力区。 各种因素如温度、气流速度、 焦炭性质对燃烧速度 的影响在上述三个区内各不相同， 如在动力区温度作用非常大， 提高温度则反应速度急剧上 升，焦炭的反应能力和比表面积也有影响；在扩散区情况相反，气体的扩散起决定性作用， 温度的影响小的多，它通过对气体的扩散速度的影响起作用，焦炭的反应能力不在起作用， 但它的几何因素 （块度、 气孔率） 仍有影响； 在扩散动力区， 温度和扩散因素都有明显影响， 介于扩散区和动力区之间，根据焦炭燃烧的这些特点就可以选择强化燃烧的

17、措施。（三）、焦层的燃烧过程将焦炭堆积成层状加热到一定温度后由底部通入空气即开始焦层的燃烧过程。第一层炭的燃烧情况与单个焦炭有相似之处， 空气鼓入炉内先被加热到一定的温度同焦炭接角后立即，燃烧消耗掉相当多的氧， 炉气中出现一氧化碳和二氧化碳， 放出热量并残留一部分氧气， 炉内 的温度随之上升， 这种炉气再与第二层焦炭相遇， 除了氧可以与焦炭继续反应外， 二氧化碳还可以被焦炭还原， 一氧化碳可以同氧反应生成二氧化碳，炉气温度继续上升，第三层，第 四层也是如此，不过氧越来越少，二氧化碳和一氧化碳含量不断增加，炉气温度不断升高， 氧气基本耗尽（实际上总有0.5%左右的残留氧）的位置二氧化碳的含量也最

18、多，炉气的温度达到最高值。 氧气基本耗尽以前的区域称为氧化区（氧化带），在氧化区内同时存在二氧 化碳、一氧化碳、氧和氮，一氧化碳和二氧化碳既月一次燃烧反应产物，又有反应式（ 1-1 ） （1-2 ）（ 1-3 ）（ 1-4 ）四个反应式的综合结果。氧化区内，温度上升很快可以达到1600 C以上，因此它属于扩散区，反应速度决定于扩散速度，气体速度，氧气浓度，焦炭几何形状 对温度和反应速度也有影响， 温度的升高也利于气体扩散速度的增加， 最高温度值和最大的 二氧化碳量， 对层焦燃烧过程影响很大， 最高温度值和最大的二氧化碳量， 受很多因素的影 响，变化范围也比较大，氧化区的上界面，随着最高温度值的

19、增加而升高。即温度高时，一 氧化碳的含量反而多，这一规律看上去同炉气成分和温度的关系似乎相互矛盾，其实不然， 理论燃温度设有考虑燃烧所具有的空间、 燃烧速度、 和向四周介质的热幅射损失。 在焦层燃 烧过程中， 这三个因素都对燃烧温度和炉气成分有很大影响， 因此， 焦层燃烧有它特有的规 律。氧化区的大小同焦炭的块度， 鼓风的氧浓度和鼓风温度等因素有关， 对通常的鼓风来讲 氧化区的大小等于 4-5 块焦炭的叠高。 焦炭气孔率大 （焦炭比较松孔隙多） 反应能力强则氧 化区小； 反之刚则大。 炉气离开氧化区继续上升， 此时炉气反含有少量的氧和大量的二氧化 碳、一氧化碳和氮，高温下这种炉气与高温焦炭相遇

20、只有二氧化碳发生还原反应（1-1）要吸收热量，因此炉气温度由最高值急剧下降。同时一氧化碳数量急剧减少炉气温度可必400- 500C当二氧化碳还原反应进行的很微弱的炉气成分不再发生明显变化。在这个时间内，从氧化区上界面到二氧化碳反应革本停止的区域以二氧化碳还原为特征称为还原区（还原 带），还原区的大小根据焦炭的性质、鼓风条件变化很大，约为氧化区的3-5%炉气在还原区停留的时间很短，大约只有 1/10s ，二氧化碳和碳之间的反应很难彻底进行，所以只有一 部分二氧化碳还原成一氧化碳，还原区的下部温度很高，反应式（1-1 ）处于扩散区或是扩散动力区还原区的上部温度比较低， 反应处于动力区， 因此二氧化

21、碳的还原反应进行的程度 除与焦碳炭性质（几何因素和反应能力）有关外，同温度也有密切的关系。温度越高，二氧 化碳还原反应进行的越激烈， 炉气中的一氧化碳越多还原区以上炉气史残留少量的氧，炉气温度已降到1000 c以下。炉气很少与焦炭发生反应，只是把热量传给自加料氧下落的炉料， 这个区域称为预热区 （预热带） ，加料口炉气成分决定于氧化区和还区的成分和温度以及各 区内各个反应进行的程度。焦炭在氧化区和还原区都要消耗但是两个区域氧化的介质不同， 热效率也不同在氧化区内，氧消耗的碳升高了炉温在还原区内二氧化碳消耗了碳防低了炉 温，从冲天炉熔化金属来讲不希望出现还原区介是提高炉氧温度总会促使二氧化碳还原

22、反应 的激烈进行， 出现更多的一氧化碳， 焦层高度对加料口炉气成分影响很大焦层高度超过氧化 区+还原区之和时碳 15-20 块焦炭的叠高，二氧化碳在原区内有足够长的道路同信碳接触， 二氧化碳还原反应进行的彻底， 相反焦层高度高度时， 则还原区高度不够， 二氧化碳还原反 应进行的不完全， 加料口炉气有比较多的二氧化碳底焦越薄， 二氧化碳的含量越多， 焦层燃 烧这一特点，有助于我们了解冲天炉加料口的炉气成分变化规律。（四）、影响底焦燃烧的主要因素。1、风量加大风量可以增加氧的扩散速度，提高焦炭的燃烧速度，增加风量对氧化区和还原 区的大小没有显著的影响， 哈蟆在单位时间内、 单位氧化区空间内烧掉了更

23、多的焦炭， 热量 更加集中了单位重量的焦炭向四周介质的热损失减少， 这种效果反过来影响到炉气的成分和 温度使炉内的最高温度上升不断地升高必须导致还原区二氧化碳含量减少， 一氧化碳含量增 加。加大风量，炉气温度上升，当风速至 5m/s 时变化不再明显。图 在还原区的上界面，一氧化碳含量最高可达34%二氧化碳含量极少。增加风量必须成比例地增加焦炭的用量， 补充烧掉的焦炭， 才能保证底焦稳定在合适的高度。 增加风量不能提高炉 气中二氧化碳含量。2、热风提高鼓风的温度对底焦内氧化区和还原区的大小炉气成分和最高炉气温度都有显著 的影响，随着鼓风温度的升高， 氧向焦炭表面扩散速度增加， 提高了氧的消耗速度

24、，焦炭的 燃烧速度， 也随着内温的增加成正比例增加， 氧化区的高度与热风温度的升高成反比， 热风 温度每升高100 C,氧化区高度减少12%还原区高度也缩小，因此氧化区和还原区热辐射 损失减少，热量更集中最高炉气温度急剧上升，热风温度每上升100 C,可使最高炉气温度升高70 C。3、富氧送风富氧也可以起到热风的同样效果，一般的方法是将氧加入到鼓风中随风速入炉内，提高鼓风的含氧量， 能相对降低氮， 并增加氧的扩散速度， 从而强化了焦炭的燃烧过程， 随着氧化浓度增加，焦炭的燃烧速度直线上升，氧浓度每提高1%，氧化区高度缩小 5%，最高炉气温度上升50-60 C,对于出铁温度相当于热风温度增加了7

25、0-80 C的效果，当氧浓度为25%寸，炉气的最高温度达到 1900 C以上，氧浓度大于25%寸，气最高浊度上升变缓，提 高氧浓度可以增加氧化区的二氧化碳含量， 在还原区内随着氯浓度的增加， 一氧化碳的含量 也增加， 这是由于温度升高了二氧化碳的还原反应加强了。 测试数据表明， 加料口炉气的一 氧化碳含量达到了很高的数值。4、焦炭块度焦炭质量（化学性质和物理性质）是影响底焦燃烧的重要因素，变更焦炭底焦燃烧效果可以发生比较大的变化， 焦炭的质量包括化学性质和物理机械性能两部分， 化学性 质包括固定碳的含量、灰分的含量挥发分的含量， 硫分的含量。可燃性和强度。固定碳是焦 炭的主要组成部分， 它是可

26、燃部分， 越多越好，灰分是一些不可燃的无机化合物，淡仅不能放出热量， 还以造渣的形式吸收大量的热量， 灰分的含量越低越好， 挥发物是由碳氢化合物 组成的可燃部分， 不过在较低温度下就会挥发掉， 这部分热量不能用于过热铁水，越低越好，焦炭中的水分要做为验收标准水分在冲天炉的上部就蒸发掉，使预热带的炉气温度降低， 可燃性是指焦炭与空气反应的能力， 它的检测方法： 取一标准的试块， 测量确定的高温下与空 气作用寸的燃烧速度，单位是 g/s ；反应性（还原性）最常用的测量方法如下：称取一定数 量的焦炭放入试管内，加热到一定的温度（900- 1000 C）与二氧化碳气流接触，升成一氧化碳，反应性用 R表

27、示公式。要求 RW 24%焦炭的可燃性与反应笥有一定联系，除与碳原子 的活度有关外，还受焦炭块的大小，气孔率，显微裂纹的影响。块度小，气孔率高显微裂纹高，单位体积的表面积大，可燃性和反应性高，从充分利用焦炭发热值的角度出发，希望反 应性越低越好， 可燃性越高越好，前者可以少生成一氧化碳， 后者可以加快燃烧速度， 有助 于提高燃烧过程的最高燃烧温度，但是各种焦炭的可燃性和反应性都随着温度的升高而增 加。在高温下， 例如冲天炉的氧化区内， 这两种性质不影响燃烧反应和二氧化碳的还原反应， 因为高温下，气体的扩散支配着反应的进行， 而在还原区的上部， 炉气温度已比较低， 焦炭 的反应性影响到反应的进行

28、，要求铸造用焦的R 值 <24%以降低加料口炉气中的一氧化碳含量，铸造用焦也应该限制气孔率气孔率的测定方法： 先测出焦炭的视比重， 再测出焦炭的真 比重，公式，一般要求铸造用焦的气孔率在50%以下，以 40-43% 为最佳值。焦炭的热稳定性对底焦的燃烧影响很大， 包括两部分， 一是受热冲击以后是否开裂， 二是高温下强度值的 大小，焦炭在炉内受到炉料的挤压、冲击，在变化剧烈地热冲击下工作，如果热稳定性差， 则裂成小块， 底焦的燃烧受到影响。 焦炭热稳定性的测定方法： 在通氮的密闭容器内加热到 1300C然后随炉冷却到室温， 在从4米高的位置自由落在钢板上，如此反复两次，根据破碎的数目与原焦

29、炭重量的差值计算热稳定数据。公式 强度是衡量焦碳质量的重要指标， 用转鼓测量的方法进行检测： 取 41 0千克焦碳放入转鼓筛 公式经过转动一段时间由于焦炭之间碰撞， 块度减小， 小颗粒从筛孔掉出， 称量留在转鼓筛 内的焦炭数量；即可得出焦炭的转鼓强度，铸造用焦要求转鼓强度> 300千克，转鼓强度是对常温而言， 不反高温下的机械性能。 经研究表明， 转鼓强度高的焦炭， 高温机械性能也高， 因此可以用常温强度表示高温强度的高低。与小块焦相比， 大块焦之间孔隙大， 有利于一氧化碳燃烧生成二氧化碳的反应， 因此炉中的 二氧化碳含量增加，例如块度由20-30mm增加到40-60mm二氧化碳含量由1

30、3。5%提高到17% 大块焦炭的使用也可以扩大氧化区， 这样燃烧放出的热量不能集中在较小范围内， 散热面积 也加大，使炉内的最高温度下降。在还原区内，焦炭块度增大时，二氧化碳含量也升高，从 获得高温的角度出发，焦炭块度不宜过大，但也不能过小，焦炭块度过大，增加散热损失， 焦炭块度过小， 由于阻力增大鼓风难以进入炉内， 不能保证燃烧强度， 因此焦炭大小对不同 的炉径有一个最佳的范围值，5、炉径，炉子的直径也影响燃烧过程。炉径大，氧化区内每公斤内焦炭的散热损失减少， 炉温上升，炉气中的一氧化碳含量增加。炉径由600mm增到700mmi时，炉气温度由1650 C升到1700 C,二氧化碳含量由 16

31、%降到14%（五）、冲天炉内铁料的预热熔化及过程1、铁料的预热和熔化（1）预热带一般是在加料口底部和底焦的顶部之间（到1149C的区间炉气温度约1300 C）在预热带金属炉料，焦炭和熔剂。被逐步加热，炉料口的水分首先 蒸发， 在潮湿的天气和雨季焦炭往往带入大量的水分。 蒸发时吸收大量的热量， 使炉气温度 有较大的下降，石灰石加热到900 C开始激烈的分解反应式为石灰石为吸热反应，放出的二氧化碳使预热带的炉气中二氧化碳含量增加， 生成的一氧化碳在整个熔化过程中及其它氧化 物结合构成炉CaCO用量为炭量20%左右普通的为30%炉料大约以每分钟100mm的速度下降， 在预热带下降红 1h 后被高温炉

32、加热到熔化温度，焦炭在下降过程中也被加热进入还原带时已被加热到1200 C左右开 始了二氧化碳的还原反应，此进的炉气温度比炉料高出 150C-200C，预热带的热效率可以达到60%(干燥焦炭)。(2)熔化带，由于各种炉料的熔点不同(铁素体1530 C珠光体1430 C生铁锭的熔点1149 C,磷共晶为950 C硅铁1309 C) 它们的熔化位置， 熔化所需要时间、 下落的距离不会在一个固定的位置上， 而是在一个区间， 实际观察表明，熔化带位于底焦以上约 200mm约高度内冲天炉底焦各个水平面上的温度分布 不均匀， 风口能上能下的区域靠近炉壁的附近， 温度比中心高， 所以氧化带是一个倒立的圆 椎

33、体， 直接测量也得出同样的结论， 冼长铁棒随炉料加入炉内，铁棒安放在不同的位置，当 铁棒随炉料下落到一定的距离后停风打炉， 观察各处铁棒的熔炉半径 1/2 处的铁棒熔化的时 间居中，熔化带的熔炉中心区比炉壁附近大约下降180mm生铁的熔化时间根据测量由1min-5min时间不等主要是成分和块度不同所致，废钢的熔点约1500C左右，在炉内下落的过程中，钢的表面和铁水接角后碳可以快速扩散到废钢内降低了钢的熔点；每扩散进1%的碳熔点可降约90 C 一般废钢比生铁的熔化位置低200mm炉径大的冲天炉同一截面上的底焦，燃烧的更不均匀， 因此各批炉料的交错越严重铁水成分波动范围比较大，由于熔化带平面的不均

34、衡性， 炉料有横向运动的趋势。第一批炉料尚未熔清第二批炉料部分已开始熔化， 千万冲天炉铁水成分的波动范围比较大，提高层焦的加入量能将两批炉料有效地隔开，可以将铁水的成分限制在比较我小的波动范围内， 正常熔化带位于还原区内， 二氧化碳还原反应在熔 化带的上界面。 基本停止。 铁水熔化时并不是立即集结成大铁滴下落， 等熔化的金属集聚到 一定尺寸，表面张力不足以承担重量时，才会脱离固体的金属炉料向下落，在这段时间内， 铁水容易被氧化。如果炉气还原性比较强，铁水的氧化程度变小，如果底焦高度变低， 层焦的加入量变小，风量大，熔化带可能落入氧化区使铁水的氧化加剧，造成质量事故。2、铁水的过热，是在熔化带以

35、下到风口的这段距离(过热带)进行的过热带的范围包括还原区的下部和整个氧化区， 它具有炉内最高的炉气温度，炉气的氧化性也最强。 这一区域是决定铁水温度和质量的关键区域复习资料化区的上界面具有最高的温度，铁水进入过热带温度逐渐升高到达氧化区上界面附近铁水的过热强度最大。在这个区域的下部， 由于炉气温度的降低铁水的过热减弱。 最高温度的越高， 过热效果越好， 在这个区域有 4种方式将热传给 铁水二( 1)工高温炉气对铁水的辐射传热；(2)高温炉气与铁水的对流传热；(3)焦炭对铁水的辐射传热；( 4)焦炭与铁水的对流传热，铁水滴在焦炭上滚动，通过大面积的直 接接触， 以对流方式把热量传给铁水，铁水的过

36、热速度快， 过热强度大是冲天炉热交换效率。主要因素。这种方式的热交换系数是2500-2800 千卡/比其它的方式大 10 倍以上，因此过热时间虽然仅有3-5S但铁水温度很快上升到1500 C以上铁水滴离开了焦炭表面，或者是是铁水滴与焦炭不紧密地接触， 过热效果大大降低， 因此高的炉温焦炭与铁水接触面积大、 时 间长是获得高温铁水的基本条件。 一般认为风口区附近的温度比较低， 铁水滴经过此处被吹 凉，使温度下降介是在正常熔化时，风口区附近焦炭表面温度很高起过1600 C,与铁水接触后使伯水温度快速升高，在炉中心处由于焦炭表面温度比较低铁水的过热强度比较低。3、炉缸区风口到炉底的部分称为炉缸区，铁

37、水在炉缸区汇集，底焦浸泡在铁水，铁水在地 区域内增碳吸S,炉渣浮在铁水表面。据检测，炉缸区自由氧和二氧化碳极少，主要的炉气 是一氧化碳和氮， 因此不发生焦炭燃烧， 炉气和焦碳温度比氧化区要低， 铁水在炉缸区温度 一般下降30-50 C,铁水在炉缸区停留期间， 除了降浊以外，成分也发生变化例如增碳吸硫， Si、Mn Fe少量地被还原。（六）、影响冲天炉燃烧、熔化过程的因素1、焦炭对冲天炉燃烧熔化过程的影响，焦碳是冲天炉燃烧和熔化过程的基础，焦炭的质量如何， 使用量多少直接影响到炉内温度高低， 炉内的温度分布状况和炉气成分， 从而影响铁 水温度， 铁水的化学成分氧化程度和铁水的铸造性能， 焦炭性能

38、和成分的主要指标： 固定碳 86%硫分0.41%挥发分w 0.89% 水分4% 气孔率37%-44%块度60mm-300m（允许60mm场 块 w 10%2、焦炭块度和均匀程度程度的影响焦炭块度和均匀程度对燃烧效果，铁水温度和铁水质量有很大影响，焦炭块度的最佳值为炉径的 1/8-1/10 ，块度过大或过小，炉气的最高温度都 下降。 焦炭块度均匀程度是影响燃烧和熔化效果的重要因素， 焦炭大小混杂， 容易填满焦炭 的间隙，气体流动阻力加大，气流大部分沿炉壁向上，使空气分布不均匀，不利于底焦的燃烧，使炉气的最高温度下降。3、焦炭数量的影响，焦炭汪洋大海量影响燃烧和熔化过程，对生产成本影响也比较大，因此应选择合理的焦炭消耗量每提高1%消