大比例废钢冲天炉的一些问题【作者：张明等】

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     大比例废钢冲天炉的一些问题

      作者：威海科兴铸造机械有限公司 张明  包头职业技术学院 杨彬 殷黎丽

摘要：本文基于扩大铸造利润空间的目的，探讨了大比例废钢冲天炉的熔化特点、操作及其结构问题，供有关铸造工作者参考。

   如何提高我国铸造业的利润水平，已成为目前铸造界关注与议论的焦点问题之一。

   废钢一直在炉料中起调节铁液含碳量的作用。目前废钢与生铁的单位售价相差约1000元/t，废钢在炉料中的比例每提高10%，可降低单位炉料采购成本约100元/t。在铸造利润空间不断缩小的形势下，一些铸造厂大幅度提高了冲天炉的废钢比例，收到了降低生产成本、提高利润的明显效果。本文基于扩大铸造利润空间的目的，探讨了大比例废钢冲天炉的一些问题，希望起到抛砖引玉作用。

   1.底焦高度与风量

   改变冲天炉的炉料配比，增大废钢比例，将会引起冲天炉工作状态的变化。增大冲天炉废钢比例，炉料的平均熔点上升，需要熔化区有更高的温度。底焦即炉内燃烧的焦炭，底焦量即炉内产生热量的焦炭量。欲提高熔化区的温度，必须提高底焦运行高度，增加维持底焦高度的层焦量、降低铁焦比，同时相应增加送风量。

   除了因炉料平均熔点增加焦炭消耗外，废钢熔化生成的铁液增碳、渗碳，也增加了焦炭的消耗。表1给出国内两台典型的大比例废钢冲天炉的有关统计数据，供参考。

      

                               
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    [注]：流水线生产的冲天炉，其平均铁焦比与熔化中的停风频次密切相关。

   顺便说明，新的冲天炉理论将运行底焦高度作为核心操作参数，强调了底焦高度的重要性。按此理论，冲天炉所需要的温度决定了底焦运行高度，底焦运行高度决定了风量。或者简单说，底焦运行高度决定了风量。如果冲天炉所需的底焦运行高度大，则风量也大，风焦之间的这种关系即风焦平衡。这种将风量与底焦高度相联系的新观点，深化和简化了冲天炉的操作理论。

   2.炉气余热回收及其装置

   通过表2可以看出，炉料由室温（25℃）转变为1550℃的金属液，生铁与废钢需要的热量相差不大，废钢需要的热量甚至略低于生铁。增大炉料中的废钢比例后，冲天炉需要增加焦炭用量，但金属液吸收的热能并未增加，额外增加的焦炭包含的热能绝大多数进入了冲天炉尾气。尾气中不仅包含一定的物理显热，而且其中的CO包含着巨大的化学潜热，尾气热能具有更高的回收价值。

           

                               
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    实践证明，使用目前一般品质的焦炭，如果铁焦比小于8，冲天炉加料口有明显火焰，很容易利用热风换热器回收尾气中的热能，得到400℃以上的热风。冲天炉热风换热器有多种结构形式[3]，其中多程管式炉顶热风换热器最为经济实用[4][5]。大比例废钢冲天炉应该配置热风换热器、回收炉气余热。回收炉气余热得到高温热风，不仅可以节省焦炭，而且有利于促进铁液渗碳，减少冲天炉熔化故障。

   3.炉缸深度与预热段高度

   如果冲天炉增大废钢比例，由于炉料中的碳含量比较低，一般需要大幅度增加铁液中的碳，因此往往需要较深的炉缸。除了可锻铸铁生产外，炉缸较浅的普通冲天炉，不适合于大比例废钢的熔化。如果将一般冲天炉改造为大比例废钢冲天炉，需要首先增加炉缸深度。炉缸深度可以通过炉衬修砌，进行很小范围的调整，无法作大尺度调整。新建项目选择冲天炉时，应该考虑废钢比例与铁液的含碳量要求，提出不同的炉缸深度要求。

   在表2可以看出，炉料在冲天炉预热段由室温到达熔点，废钢需要的热量为1033kJ/kg，约为其达到出炉温度（1550℃）所需总热量（1345kJ/kg）的77%；而生铁为740kJ/kg，约为生铁达到出炉温度所需总热量（1378kJ/kg）的54%，两者在预热段吸收的热量差值较大。因此有观点认为，大比例废钢冲天炉需要较高的预热段高度。

   在冲天炉预热段，炉料与炉气主要通过对流方式交换热量。炉气与炉料之间的对流换热量 决定于两者之间的温差、对流换热系数、热交换面积 。大比例废钢冲天炉熔化区的温度高于一般冲天炉，预热段的炉气温度明显高于一般冲天炉，炉气与炉料之间存在着更高的传热动力。因此大比例废钢冲天炉的预热段高度，相当于一般冲天炉，不必刻意增加。

   4.炉壁粘附与下部棚料

   废钢的熔点约为1500℃，生铁的熔点约为1130℃。由于炉内温度场的缘故，混合炉料中的生铁，首先在熔化区上层开始熔化，形成的铁液对废钢形成“浸淋效应”，可以促进废钢的逐步熔化。但如果炉内温度偏低，生铁熔化形成的铁液容易粘附在废钢表面，或者粘附在水冷炉壁上，引发冲天炉严重故障，使熔化难以继续。

   如果大幅度提高冷风冲天炉的废钢比例，需要更加严格地控制底焦高度，限制送风量的波动范围，挑选洁净无锈蚀、厚度一定的废钢，控制回炉料的泥砂含量，否则水冷冲天炉非常容易发生炉壁粘附，普通炉很容易发生下部棚料。未设置热风换热器的大比例废钢冲天炉，不仅操作难度大，而且限制了废钢的质量和加入比例。

   风温不低于400℃的高温热风冲天炉，不管是水冷炉还是普通炉，即便废钢厚度较小、锈蚀比较严重，炉料的泥砂含量大，也很少发生炉壁粘附与下部棚料故障。因此大比例废钢冲天炉，应优先装设回收尾气余热的热风换热器，尽量降低冲天炉的操作难度。

   5.结语与其它

   炉料熔化特性决定了大比例废钢冲天炉的性能特征、操作与结构特点。大比例废钢冲天炉的特征为：装置有风温不低于400℃的热风换热器、炉缸较深、铁焦比较低、风量较大。将一般冲天炉改造为大比例废钢冲天炉，一般需要增加热风换热器、增加炉缸深度，同时需要降低铁焦比、增大送风量。浅炉缸的大比例废钢冲天炉，可熔化可锻铸铁。

   在废钢资源充足的地区，应该积极发展大比例废钢冲天炉，扩大铸造利润空间。我国汽车逐步大量进入报废期后，冲天炉的炉料结构将随之发生重要变化，大比例废钢冲天炉将有长足的发展。


   参考文献：

   1.刘幼华，胡起萱。冲天炉手册。北京：机械工业出版社，1996（P422）

   2.吉林工业大学，吉林工学院.物理化学。北京：机械工业出版社，1979（P24）

   3.张明。冲天炉热风换热器.中国铸造装备与技术，2007（2）

   4.张东玉，张明。多程管式烟囱高温热风冲天炉。中国铸造装备与技术，2004（1）

   5.张明，温平，余银波等.多程管换热器热风水冷冲天炉。中国铸造装备与技术，2006（4）


         （来源：2009年七期《铸造纵横》 ）