沖天爐的分類

     沖天爐廣泛應(yīng)用于鑄鐵熔煉。沖天爐熔煉過(guò)程中，有底焦燃燒、熱量傳遞和冶金反應(yīng)等三個(gè)重要過(guò)程。沖天爐的優(yōu)點(diǎn)很多，如設(shè)備費(fèi)較低、占地面積小、能連續(xù)供應(yīng)鐵液、因有冶金反應(yīng)而易于得到品質(zhì)優(yōu)良的鐵液以及廢鋼表面的鍍層對(duì)鐵液品質(zhì)影響不大等。沖天爐的主要缺點(diǎn)是鐵液的化學(xué)成分和溫度波動(dòng)較大，且鐵液的供應(yīng)量不易改變、柔性不足，這類問(wèn)題可由配置大容量保溫電爐得以解決。因此，燃焦沖天爐迄今一直是鑄鐵熔煉的主要手段。近幾年，以天然氣、煤粉為燃料的所謂無(wú)焦沖天爐出現(xiàn)，由于其基本不具備冶金功能，實(shí)際上屬于反射式的重熔性爐型，嚴(yán)格意義上的沖天爐系專指燃焦沖天爐，其分類如圖1-1所示。

   基本結(jié)構(gòu)

    傳統(tǒng)沖天爐結(jié)構(gòu)為大家熟知，至今仍在中小鑄造企業(yè)廣泛的應(yīng)用。但對(duì)于大批量連續(xù)生產(chǎn)的鑄造企業(yè)，大型熱風(fēng)水冷無(wú)爐襯的現(xiàn)代沖天爐的優(yōu)越性更得到充分的發(fā)揮，現(xiàn)代沖天爐的典型結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。

    爐內(nèi)焦炭的燃燒

    沖天爐熔煉所用燃料是以焦炭為主，應(yīng)該采用適合沖天爐熔煉特點(diǎn)的鑄造焦或成形焦，由于鑄造焦供應(yīng)方面的問(wèn)題，我國(guó)目前還有不少鑄造廠采用冶金焦。焦炭的主要組成有固定碳、揮發(fā)物、含硫量、灰分和水分。我國(guó)目前鑄造生產(chǎn)用焦炭固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80% -90%，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%- 13%，揮發(fā)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 .7% -1.0%。

    爐內(nèi)爐氣分布  

    沖天爐內(nèi)的爐氣有自動(dòng)趨于沿爐壁流動(dòng)的傾向，這種現(xiàn)象稱為“爐壁效應(yīng)”。由爐料與爐壁形成的通道，因空隙大、行程短、曲折少，對(duì)氣流的阻力��；而爐料之間的氣流通道，由于爐料的互相堆壘，其截面小、曲折多、流程長(zhǎng)，阻力也就大。其結(jié)果是爐壁附近爐氣流量大、流速高，而爐子中心則流量小、流速低，致使?fàn)t氣的平均流線向爐壁方向偏移，如圖1-6所示。

在沖天爐橫截面上，由于風(fēng)口區(qū)前緣空氣流速高，流量大，形成強(qiáng)烈的燃燒區(qū)；而在兩個(gè)風(fēng)口之間的區(qū)域，則由于空氣量少而形成所謂“死區(qū)”A。由于爐壁效應(yīng)，在爐膛截面中心區(qū)域出現(xiàn)“死區(qū)”B，所以，在沖天爐風(fēng)口區(qū)域的爐膛截面上，無(wú)論沿縱向或橫向爐氣分布都是不均勻的。我國(guó)研制出蝸旋風(fēng)箱、龍卷風(fēng)口技術(shù)，風(fēng)口數(shù)取奇數(shù)，非對(duì)稱性布置，可以有效改善爐氣分布。

    爐內(nèi)溫度分布  

    圖1—7為沖天爐內(nèi)爐氣成分與溫度沿爐子高度的變化。由圖可見，從風(fēng)口向上，隨著焦炭的燃燒，爐氣中的CO2不斷增加，爐氣的溫度也急劇上升，當(dāng)氧被耗盡，爐氣中的CO2的含量達(dá)到最高值，此處爐氣的溫度也達(dá)到最高點(diǎn)；再向上，爐氣中的高溫CO2和焦炭產(chǎn)生吸熱還原反應(yīng)，在底焦以下，爐氣中CO2含減少、CO含量增多，爐氣的溫度也隨著CO2含量的減少而降低。

    由于爐氣溫度的變化與爐  氣CO2含量變化有一致趨向，因此，可以從底焦層中爐氣CO2的濃度分布近似地推測(cè)爐內(nèi)溫度分布，圖1-8為沖天爐內(nèi)爐氣CO2等濃度曲線。由圖可知，CO2最高濃度集中在爐壁附近約距風(fēng)口400 - 500mm的區(qū)域內(nèi)，而爐子中心區(qū)域CO2濃度低，等濃度曲線呈下凹形，這與爐壁效應(yīng)是一致的。由此可以推知爐內(nèi)等溫曲線也呈下凹形，沖天爐高溫區(qū)城位于爐壁附近，這種溫度分布狀況對(duì)鐵液過(guò)熱是不利的。

    為了改善這種情況，就必須研究影響沖天爐爐氣與溫度分布的一些主要因素。