冲天炉熔炼工艺培训教材

冲天炉熔炼工艺培训教材时间：2010年6月共21页第2页一、冲天炉熔炼工艺基础知识二、铸造二厂35t/h冲天炉简介三、冲天炉熔炼炉料技术要求四、冲天炉熔炼主要工艺参数及控制要点目录共21页第3页一、冲天炉熔炼工艺基础知识1.1冲天炉熔炼基本原理冲天炉熔炼是由底焦燃烧、热量交换和冶金反应三个基本过程组成。图1.1所示为冲天炉工作过程原理图分渣器底焦高度铁料层焦风嘴炉缸共21页第4页1.1.1底焦燃烧冲天炉内的燃烧过程是在底焦中进行，根据焦炭燃烧的化学反应，可将底焦燃烧划分为两个反应区段：O2共21页第5页氧化带——从风口到自由氧基本耗尽，CO2浓度达到最大值的区域。还原带——从氧化带顶面至炉气中CO2和CO含量基本不变得区域。冲天炉内焦炭燃烧的快慢主要由扩散速度决定。凡是能提高气流速度、加大焦炭与气流的接触面积、提高风温和增加氧气含量的措施，均可提高扩散速度，强化焦炭的燃烧。共21页第6页1.1.2热量交换一般将冲天炉沿炉身高度方向划分为预热区、熔化区、过热区和炉缸区。1.预热区是指从料面到铁料开始熔化的位置的这段区域。炉气与炉料之间的热传导方式以空气对流为主。2.熔化区是指从铁料开始熔化到熔化完毕这一区域，实际上也就是底焦顶面高度的波动范围，其高度大致等于层焦的厚度。熔化区的热交换方式仍以对流为主。3.过热区铁料熔化后铁液滴下落过程中，与高温炉气及炽热的焦炭接触，温度得到进一步提高。传热方式以热传导为主。4.炉缸区内无空气供给，焦炭几乎不燃烧，所以对于高温铁水来说，炉缸是个冷却区，熔炼稳定后，对铁液温度则无明显影响。共21页第7页1.1.3冶金过程1.碳量的变化在冲天炉熔炼条件下，引起铸铁含碳量变化的因素有两个截然相反的过程。一是焦炭中碳向铁液内溶解使碳量增加；二是铁液中的碳被炉气、炉渣和溶解的氧所氧化而使碳量降低。影响碳的溶解过程的主要因素：(1)焦炭的质量和块度，焦炭的含碳量高，灰量小，块度小都有利于铁液增碳。(2)铁液在炉内停留时间的长短。(3)铁液温度，随着温度的升高，碳在铁液中的溶解度增大，铁液易于增碳。(4)铁液的最终含碳量趋向于共晶成分，当金属炉料的平均含碳量低于共晶碳量时，铁液就增碳，反之则脱碳。共21页第8页影响碳氧化烧损的主要因素：(1)炉气的燃烧比越大，氧化性越强越有利于烧损脱碳。(2)随着炉渣中FeO含量的增加，脱碳过程加剧，使铁液含碳量降低。(3)炉内温度升高，对碳的烧损具有双重作用。一般来说，铁液的最终含碳量将随炉温的升高而升高。共21页第9页2.硅、锰量的变化影响硅烧损的因素：（1）炉气中CO2增加，即燃烧比增加，将加剧炉气对硅（锰）的氧化趋势，减少SiO2（MnO）被还原的可能性。（2）降低炉渣中FeO的含量是减少硅（锰）氧化烧损的关键措施。（3）铁液的含硅（锰）量越高，被氧化的程度越高。（4）提高炉温有利于抑制硅（锰）的氧化，促进SiO2的还原。共21页第10页1.2改善冲天炉熔炼效果的主要措施1.2.1预热送风（1）由于风温的提高，使得空气中自由氧的活性增加，因而强化了底焦的燃烧；（2）由于氧与焦炭反应速度的提高，使燃烧带缩短，燃烧更加集中，铁液温度和熔化效率提高；（3）热风使冲天炉内导入了补充热量，炉气温度提高，有利于铁液过热度的提高；（4）采用热风，使焦耗减少，铁液的增碳和增硫都相应减少；（5）热风减少了元素的烧损，并有利于脱硫。共21页第11页1.2.2富氧送风富氧送风可以强化燃烧，使燃烧区集中，从而提高炉气温度。加氧送风的实际效果可使出铁温度增高，在相同的焦耗情况下，硅锰烧损降低，增硫减少，铁液含气量减少，非金属夹杂物含量也相应减少。共21页第12页1.2.3除湿送风直接用大气鼓风时大量的水蒸气被带入冲天炉内，不仅降低炉温，增加元素的氧化烧损，而且增加铁液的含氢量，容易产生缩孔、气孔和裂纹等缺陷。冲天炉除湿送风方法很多，但主要是吸附除湿、吸收除湿和冷冻除湿等方法。共21页第13页1.3冲天炉熔炼铁液质量要求1.3.1化学成分铁液的主要化学成分必须满足不同牌号铸铁的规范要求。铸造二厂冲天炉熔炼铁水化学成分工艺范围：C3.25%～3.35%,Si1.50%～1.70%,Mn0.6%～1.0%,S≤0.1%，P≤0.07%。共21页第14页1.3.2出炉温度铁液出炉温度不仅要满足浇注铸件的需要，保证得到无冷隔缺陷、轮廓清晰的铸件，还应满足高牌号铸铁炉前处理及强度性能的需要。在同样化学成分的灰铸铁中，铁液过热温度的提高，可使灰铸铁的抗拉强度、硬度、相对强度、相对硬度等质量指标有不同程度的提高。共21页第15页1.3.3有害成分铁液中的硫、磷及其它干扰铸铁正常结晶和组织的微量元素如Ti、Pb等必须控制在限量以下。Pb≤0.003%,Ti≤0.02~0.05%，V≤0.05%共21页第16页二、铸造二厂35t/h冲天炉简介铸造二厂熔炼车间配备一台美国EC&S（ElectricControlsandSystems，Inc）公司提供的35t/h长炉龄热风水冷富氧送风冲天炉。该冲天炉大致可以分为如下几个系统：控制系统、炉体系统、配料及加料系统、换热系统、冷却水系统、送风系统、尾气冷却系统、除尘系统。该冲天炉一般运行45天左右打炉底进行维护。共21页第17页2.135t/h冲天炉系统简介共21页第18页2.235t/h冲天炉炉体简介DRAINSLAG94[2387.60]SHELLI.D.168[4267.20]124[3149.60]WELLI.D.62[1574.80]147[3733.78]112[2844.80]STACKI.D.9[228.60]94[2387.60]REFRACTORYI.D.32732[97.66]6[152.40]116364[304.45]共21页第19页冲天炉炉体尺寸（单位：mm）炉壳内径2387炉底内径3149炉缸耐火材料厚度304炉底耐火材料厚度200-250炉底耐火材料至风嘴距离1879冲天炉高度5841加料口高度16000炉缸深度1570风嘴内径152.4（139.7）共21页第20页157582.578.51465110342□80×12030450.8KSG3.37°260.35VC980114.36.3550.815.8812.7431.810°6[152.4]304445图1冲天炉修炉工艺图共21页第21页14[355.60]12[304.93]8[203.22]4TO6OFLADLERAM8THERMOSILRAM共21页第22页3.135t/h冲天炉配料比例冲天炉熔炼用炉料包括：生铁、废钢、灰炉料、硅铁、锰铁（或锰硅合金）、焦炭、石灰石。各种原辅材料的比例如下：废钢60%-65%，生铁10%-20%，回炉料20%-25%，层铁量3600kg，层焦量390-420kg，硅铁60-70kg/批，锰硅合金15-22kg/批，石灰石100kg/批三、冲天炉熔炼炉料技术要求共21页第23页3.2铸造二厂炉料技术要求表3.1生铁化学成分要求牌号代号化学成分（wt.%）CSiMnPSAsPbVSbCrTi铸14Z14＞4.01.25-1.600.500.060.04≤0.0008≤0.00050.03≤0.0006≤0.100.050-0.087化验项目：碳、硅、锰、硫、磷，其它微量元素外委检查。共21页第24页表3.2废钢技术要求项目技术要求成分(%)C≤0.6，P≤0.045，S≤0.045块度厚度大于5mm，尺寸60-300mm重量每块重量在0.25~10kg内其它废钢中不得混有橡胶、塑料；不得严重锈蚀；不得混有合金钢、铸铁、有色合金；管材不得两端封闭。共21页第25页表3.3回炉料技术要求类别化学成分（%）使用块度(mm)使用重量(kg)CSiMnSP灰铁用3.2~3.51.5~2.50.6~1.0≤0.10≤0.10≤250≤20回炉料不得有严重的锈蚀、油污或泥沙混杂，杂质含量应小于2%共21页第26页表3.4硅铁技术要求牌号化学成分（wt.%）SiAlCaMnCrPSCFeSi7572.0~80.0≤1.8≤1.5≤0.5≤0.5≤0.04≤0.02≤0.2化验项目：硅、铝、钙。共21页第27页表3.5锰硅合金技术要求牌号化学成分（wt.%）粒度（mm）MnSiCPSFeMn68Si1865.0~72.017～20≤1.8≤0.25≤0.0430-80化验项目：锰、硅、磷。共21页第28页表3.6焦炭技术要求项目块度mm水份%灰份%挥发份%硫分%转鼓强度（M40）%落下强度%显气孔率%特级焦150~270≤5.0≤8.0≤1.5≤0.6≥85.0≥92.0≤40一级焦150~270≤5.08.01~10.0≤1.5≤0.6≥81.0≥88.0≤45共21页第29页表3.7石灰石技术要求指标化学成分(%)碎块(20mm)≤使用块度mm级别CaO≥SiO2≤MgO≤不溶解剩余物(包括SiO2)≤Al2O3+Fe2O3≤P≤S≤S-25043.5530.030.10230~60共21页第30页四、35t/h冲天炉熔炼控制要点4.1冲天炉熔炼操作控制要点（1）熔化前烘烤预热出铁口、分渣器、出铁槽至红热状态。（2）启动冲天炉,点燃燃烧室。（3）检查熔炼用材料的数量和质量。（4）检查熔炼用设施、工具的齐全、完好性。（5）保持熔炼场地畅通无阻。4.1.1熔炼前的准备共21页第31页4.1.2吹炉（1）修炉底后首次开炉加底焦高度至2.2-2.4m，其它时间开炉加底焦至1.8-1.9m。（2）用18700m3风量吹炉。（3）吹炉期间用铁棍捅动出铁口，并确保畅通。（4）重新测量调整底焦高度至1.15-1.30m。共21页第32页4.1.3配料、装料（1）调整底焦高度后，首批铁料前加石灰石100kg。（2）配料顺序：生铁－回炉料－废钢－焦炭－石灰石－硅铁－锰硅合金。（3）配料前核对配料通知单，对称量设备进行复位、校零。（4）一般每批料配装时间小于6分钟，装14—16批料后开风开始熔化，确保能满炉运行。共21页第33页4.1.4开始熔化（1）开始熔化风量控制28300～31000m3/h，富氧量2%-3%，富氧时间约30分钟。（2）开风后通过风口观察下铁滴时间，5～10分钟为正常。（3）开风后20～25分钟用氧枪割开出铁口，具体时间依风口下铁滴时间确定。（4）出铁后5～10分钟打开出渣口。（5）正常情况下熔炼参数：风量：24000～30000m3/h，热风温度：450～540℃。（6）冲天炉熔炼要保证电炉铁水化学成分满足如下范围：C3.25%～3.35%,Si1.50%～1.70%,Mn0.6%～1.0%,S≤0.1%，P≤0.07%。（7）正常连续熔炼状况下，铁水出炉温度控制在1500～1530℃。共21页第34页4.1.5熔炼参数调整控制（1）原铁水碳、硅有降低趋势时，适当减少风量1000～3000m3/h，增加0-3%富氧。（2）原铁水碳、硅有增高趋势时，适当增大风量1000～3000m3/h。（3）铁水碳量偏离工艺范围0.05%时，要根据具体情况调整层焦加入量。共21页第35页4.1.6熔化结束（1）根据生产需要，正确计算停止装料时间。（2）熔炼至空炉状态（炉料到引风环以下）开始逐渐减少风量，直到25500～22100m3/h。（3）化清炉后（出铁口不再出铁）停止供风。（4）打开残渣口，放净残铁和残渣，直至出净。（5）补充适量底焦，约1500公斤，熔化结束。共21页第36页4.2冲天炉熔炼检测与记录（1）铁水成分检测：连续熔化情况下每0.5-1小时取样一次用热分析仪分析碳、硅；每1.5-2小时取一次样用碳硫仪分析碳、硫；每1.5-2小时取一次样用直读光谱仪分析硅、锰及其它合金元素含量。（2）铁水温度检测：每0.5-1小时测量一次铁水温度。（3）认真记录35t/h冲天炉熔化记录表ZEQR4.9-14。共21页第37页讲演结束，谢谢