第5章 冲天炉熔炼

第五章冲天炉熔炼

第一节冲天炉熔炼的基本原理

一、冲天炉基本结构

图5—1所示为冲天炉的主要结构简图。炉子由以下几部分组成：

1 炉底与炉基

炉底与炉基是冲天炉的支撑部分，对整座炉子和炉料柱起支撑作用。

2 炉体与前炉

炉体是冲天炉的基本组成部分，包括炉身和炉缸两部分。炉体内壁砌耐火材料，临近加料口处的炉膛则用钢板圈或铁砖构筑，以承受加料时炉料的冲击。

前炉由前炉体和可分离的炉盖组成。前炉的作用是储存铁水，并使铁水的成分和温度均匀，减少铁水在炉缸内的停留时间，从而有利于降低炉缸对铁水的增碳与增硫作用，而且还有利于渣铁分离，净化铁水。目前国内外的冲天炉大多是带有前炉的。前炉的容量大致为冲天炉每小时熔化铁水量的0.8－2倍。

3 烟囱与除尘装置

烟囱在加料口上面，其外壳与炉身连成一体，内壁砌耐火砖。烟囱的作用是引导炉气向上流动并排出炉外。除尘装置的作用是消除或减少炉气中的烟灰及有害气体成分，使废气净化。

4 送风系统

冲天炉的送风系统是指自鼓风机出口至风口出口处为止的整个系统，包括进风管、风箱、风口及鼓风机输出管道。送风系统的作用是按照炉子工作的要求，将来自鼓风机的供底焦燃烧用的一定量空气送入冲天炉内。

5 热风装置

热风装置的作用是加热供底焦燃烧用的空气，以强化冲天炉底焦的燃烧。常用热风装置有内热式和外热式两种。

以上是冲天炉的几个主要组成部分。除此以外，冲天炉还必须配备鼓风设

备、加配料设备、控制与调节设备以及有关的测试仪器。

二、冲天炉内炉气与温度的分布

1 冲天炉内炉气的分布

图5－2所示为沿冲天炉纵截面与横截面的炉气分布示意图。

由图5－2a可知，在冲天炉纵截面上，由于炉壁效应的影响，炉气比较集中在炉壁附近，离炉壁愈近，炉气的流速就越大。

在冲天炉横截面上，在风口前缘，因空气流速高，流量大，形成了强烈的燃烧带，而在两个风口之上的区域，则由于空气量少而形成所谓“死区”A。此外，来自风口的空气流股，因焦炭块的阻力而逐渐失去动能，难于深入炉子中心，因而在炉膛截面的中心区域出现“死区”B。所以，在冲天炉风口区域的炉膛截面上，空气及其与焦炭反应后所生成的炉气，无论沿炉膛四周或炉子径向

的分布都是不均匀的。

图5－2 冲天炉内炉气分布示意图

a)炉气沿炉膛纵截面分布 b) 炉气沿炉膛横截面分布

1炉衬 2 风口

2 冲天炉内温度的分布

冲天炉内温度分布，由于调试技术上的困难，所以从实际熔炼冲天炉上测量的数据较少。现有冲天炉内温度分布的图形，大多是在没有化铁的情况下，从冲天护底煤层中测得的。因此，下面所作的讨论也只是对底焦而言的。

图5—3为冲天炉内炉气成分与温度沿炉子高度的变化。由图可知，炉气成

分也有—个CO

2含量最大的区域，此处炉气温度最高。在此区域以上，由于CO

2

还原吸热而温度下降；在此区域以下，燃烧反应正在进行，温度由低逐渐到达

最高。

由于炉气温度的变化与炉气中CO

2

含量变化有一致的趋向，因此，可以从底

焦层中炉气CO

2

的浓度分布，近似地推测护内温度分布。图5—4为冲天炉内炉

气CO

2等浓度曲线。由图可知，在该图测定的条件下，C0

2

最高浓度区域集中在

炉壁附近约离风口400一500mm的区域内，而炉子中心区域，CO

2

浓度低，等浓度曲线呈下凹形。这与炉壁效应的影响是一致的。

图5－3 冲天炉内炉气成分与温度沿高度变化

等浓度曲线

图5－4 冲天炉内的炉气的CO

2

由此可以推知炉内等温曲线也将呈下凹形，而冲天炉高温区域位于炉壁附近。冲天炉内这种温度分布状况，对铁液过热是不利的。为了改善这种情况，就必须注意影响冲天炉炉气与温度分布的一些主要因素。对此，将结合冲天炉内的热交换现象加以讨论。

第二节、影响冲天炉铁液温度的因素

一焦炭对冲天炉铁液温度的影响

1 焦炭成分

焦炭固定碳含量越高，阻碍燃烧反应和影内铁液吸热的灰分就越少，发热量就越大。熔炼过程中由灰分形成渣量也相应减少，因而有利于提高炉气最高温度，加强焦炭对铁液的热传导，有利于铁掖过热。采用固定碳高(＞85％)的焦炭，是提高铁液温度的—条重要途径。

2 焦炭强度与块度

)和耐磨损强焦炭的机械强度包括抗压强度、抗冲击强度、抗碎裂强度(M

40 )。焦炭入护后，受到炉内高温的热作用，支撑料拄而受压力作用，同时度(M

10

要受到炉料的冲击作用等，这时如果焦炭的机械强度低，在炉内易被破碎，不能保持焦炭入炉时的块度。这不但恶化料柱透气性，而且影响熔化的稳定性，使炉子不能正常熔化。

当焦炭块废过小时，由于炉膛单位容以内的反应表面积过大，因而燃烧反应加速，氧化带缩短．还原带扩大，加以此时氧化带内还原反应发展较快，致使高温区域短，炉气最高温度较低。此外，小块焦炭对送风阻力大，空气难于深入炉子心部，炉壁效应加剧，对铁液过热不利。与此相反，焦炭块度过大，燃烧速度慢，此时，虽然氧化带扩大，但燃烧区域不集中，炉气最高温度低，也不利于铁液的过热。只有块度适合的焦炭，燃烧速度适中，炉气温度较高，高温区长，有利于扶液的过热。所以，对于小型冲天炉，推荐冲天炉内径与焦块平均立径之比为10～11左右。

二、送风对冲天炉铁液温度的影响

1 风量的影响

提高进风量，有利于提高铁液温度，但风量过大，易造成炉料预热不足，熔化区下移，过热高度缩短，又不利于铁液过热。所以，冲天炉有一个最佳风量，称为最惠风量。

2 风速的影响

提高进风速度，有利于铁液温度的提高，但是，风速过高对焦炭有吹冷作用，反而会恶化燃烧反应，加大元素烧损，降低铁液温度。因此，冲天炉也有一个合适的进风速度。

3 风温的影响

提高送入炉内空气的温度，可提高燃烧速度和炉气最高温度，有利于提高