转冲天炉熔炼工艺

1、（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

2、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，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iooc，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100C，可使最高炉气温度升高70C。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

3、，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50-60C，对于出铁 温度相当于热风温度增加了 70-80C的效果，当氧浓度为25%时，炉气的最高温 度达到1900C以上，氧浓度大于25%时，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

4、 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时的燃烧速度，单位是g/s；反应性（还原性）最常用的测量方法如下：称取一

5、定数量的焦炭放入试管内，加热到 一定的温度（900-1000C ）与二氧化碳气流接触，升成一氧化碳，反应性用R 表示公式。要求RW24%，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

6、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，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

7、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410千克焦 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20-30

8、mm增加到40-60mm二氧化碳 含量由13。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700mm 时，炉气温度由1650C升到1

9、700C，二氧化碳含量由16%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1300C ）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900C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

10、带下降红1h后被高温炉加热到熔化温度，焦炭在下降过程中也被加热进 入还原带时已被加热到1200C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1530C珠光体1430C生铁锭的熔点 1149C，磷共晶为950C硅铁1309C ）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

11、圆椎体，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lmin-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90C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

12、均衡性，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，是在熔化带以下到

13、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，铁水的过热速度快，过

14、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1500C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1600C，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，铁水在炉缸区汇集，底焦

15、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30-50C，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， 焦炭性能和成分的主要指标：固定碳$86%

16、硫分0.41%挥发分W0.89%水分4%， 气孔率37%-44%块度60mm-300mm （允许60mm场块W10%）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%消耗量

17、，可以使铁水增加9- 15C。焦炭增加到某一数值后，（例如25%，铁水温度不再上升，加料口的炉 气一氧化碳大量增加，冲天炉的热效率著降低，炉气带走的化学潜热增多，降 低了冲天炉的热效北，相反，焦炭用量少使铁水氧化加剧，温度低不能保证铸 造性能和铸件的质量。4、送风强度对燃烧和熔化效果的作用，生产上将单位炉膛面积每分钟的进风量 称作送风强度，提高送风强度可以提高焦炭的燃烧速度相应地加快了熔化率， 这时如果层焦用量不足，不能补充底焦的消耗，底焦不能维持原高度，只能下 降。此时氧化区高度没有明显的变化，但还原区高度下降。据测算送风强度增 加一倍，燃烧增加15%风量增加以后，炉温上升，熔化带的上限随之

18、上升，可 以导致铁水温度的增加，但是炉料下降速度随之增加；预热和过热的时间减少 了。预热和过热越来越越不充分，铁水温度开始下降。试验数据表明，层焦用 量越多，风量可以增加的越多，才不会出现铁水温度下降的现象，而且铁水温 度也可以达到最咼值，这是由于炉内的最咼炉气温度提咼和底焦处于较咼位置 的原因。其中底焦处于较高位置起着决定性的作用。当送风强度过大时，可以 用增加焦炭加入量的办法提高铁水温度，送风强度一般为90-120，最佳送风强 度为100-110,每公斤碳需要空气8.89m每公斤焦炭所需理论空气量一般7.3 m 焦：铁=1： 6.85、进风速度，它可以用风量比风口兑面积计算出，进风速度应与焦炭质量相适 应，外使用铸造焦，块大灰分低强度高，采用大风口（风口比10%-25