CN1046596A

CN1046596A - 熔化钢铁屑的新型冲天炉

Info

Publication number: CN1046596A
Application number: CN 89102675
Authority: CN
Inventors: 李道俊; 陈智强; 黄一远; 罗俊
Original assignee: LIUZHU NONFERRIOUS METALLURGY MACHINERY PLANT
Current assignee: LIUZHU NONFERRIOUS METALLURGY MACHINERY PLANT
Priority date: 1989-04-22
Filing date: 1989-04-22
Publication date: 1990-10-31

Abstract

一种熔化钢铁屑的新型冲天炉，是在常规冲天炉基础上作改进，改进措施是：在烟囱(1)内安装有二次燃烧热交换器(2)，在炉膛(6)上只设置一排风口(8)，其风口比大，靠自熔性来调节风口比为恒定，将常规冲天炉的炉缸加深，在炉体(1)顶部的外壁设置有雨淋器(4)，在炉缸区的上部设置水套(9)，在烟囱(1)上开有二次燃烧送风口(12)，采取以上措施后，使用100％松散钢铁切屑熔化出优质铁水可直接用于生产球墨铸铁及灰口铸铁。

Description

本发明是涉及一种以全部钢铁切屑、铸铁切屑为炉料熔化优质铸铁的新型冲天炉-熔化钢铁屑的新型冲天炉。

在我国机械制造生产中每年都产生数百万吨的付产品-钢切屑、铁切屑（以下简称钢铁屑）。目前我国在钢铁切屑的综合利用方面仅限于金属回收部门回收，制成熟压块（损失30-40%）或冷挤压成团块（只限于用薄铁板及短期钢屑），返回钢铁厂重新熔炼，浪费了人力、物力、财力，而相当一部分无人回收或回收不及时白白地氧化掉了，即浪费了宝贵资源，又恶化了环境，使我国铸行业所用的铁料处于供应日趋紧张的局面。

众所周知：冲天炉是以生铁、废钢、回炉料、铁合金、焦炭、熔剂以一定配比为炉料的熔化设备。而全部松散钢铁切屑不能作为冲天炉料的主要原因有三：原因之一是钢铁切屑的比表面积大（表面积与重量之比），是一般块料的30-50倍，而铁原子与氧的亲合力较强，易于氧化，而常规冲天的气氛是氧化性的。在高温下入炉的散状钢铁切屑极易氧化，即使在炉料中以压块的形式配入10%，则使炉内发生较严重的氧化，熔渣中的氧化亚铁含铁量高达8-10%，在恶化熔渣的同时，也使铁水严重氧化。用这种铁水浇注铸件废品率很高。至于用100%的松散钢铁屑为冲天炉铁料熔制铁水直接浇注铸件则一直被铸界视为禁区。原因之二是因为钢铁切屑成分与铸铁成分相差较大。而常规冲天炉不具备自然调整铸铁成分的能力，即使是用人工添加铁合金的办法来调整成分，但因合金元素与氧的亲合力大，氧化烧损严重，尤以熔渣中氧化铁含量高为甚。这是因为：

即硅、锰是以置换铁的方式进行氧化烧损。故在以钢铁屑为炉料，熔渣中的FeO含量高，用添加铁合金来调整铸铁成分是不经济的。为此，目前在铸造界仅限于使用压块的钢铁屑以10%配比配入冲天炉块料中起到稀释碳量的作用。原因之三是松散的钢铁切屑细小，相互之间的间隙小，入炉后造成炉气上升困难，炉气基本上是靠炉壁上升运行，在高温气流及铁渣流的冲刷下炉壁浸蚀甚剧，每小时浸蚀20-30mm，炉子难以长期工作。

本发明的目的，就是提供一种能产生还原性或弱还原性气氛的冲天炉，使钢铁切屑能作为炉料熔化优质铸铁的新型冲天炉。

本发明的解决方案如下：

根据热力学计算，在高温条件下，即温度大于978K（为705℃）时，由于CO比CO₂的自由能低，则CO为稳定状态，CO₂为不稳定状态，故发生：

CO₂的还原反应，且该反应是以温度大于978K为条件的，温度越高，反应越快、越彻底。由此看来，提高炉气温度是获得还原性气氛的必要条件，而与之相适应的风口排数、风口比、风口角度、流量、风压、焦炭的块度、焦炭的反应性、焦比等则是充分条件，只有具备必要条件及充分条件才能获得还原性气氛。为提高炉气温度，我们在原有冲天炉加料口的上方烟囱（1）内安装一个二次燃烧热交换器（2），二次燃烧热交换器（2）是由传热性能较好的材料制成，为使二次燃烧热交换器（2）能尽可能有效地吸收废气中的物理热和化学潜热，二次燃烧热交换器（2）可以制成螺旋管式、多管连接式或蛇行管式等多种形式，二次燃烧热交换器（2）的一个进气端接鼓风机，另一端通过风管（3）接到风箱（11）。为了使二次燃烧热交换器（2）受热均匀，并使炉气中CO所带有的化学潜能也得以放出，在烟囱（1）壁上开有二次燃烧进风口（12），进风量由调节阀（13）调节，通过对进风量的适当调节，可使排出废气中的CO含量达到最低值，炉气中大部分CO充分燃烧，放出其所含化学潜热，用以预热空气。

为了缩小氧化区，扩大还原区，本发明采用单排风口操作，即将现有冲天炉两排大间距的第二排风口（14）全部关闭，只采用一排风口（8）来操作，如果建造新冲天炉，则只设置一排风口（8），而且排风口（8）用耐火材料自制成型，排风口（8）的形状为里面小，外面大，而且下斜角度较大（20°），风口比为5.5-6.5%，本排风口（8）的独特之处在于靠自熔性来调节冲天炉的风口比为恒定，应用大风口比的目的是减缓风口区气体流速，以利于风口区CO₂的还原反应。

在还原性气氛下，固体钢铁切屑发生两种冶金反应，氧化铁的还原反应和渗碳反应：

钢铁屑的渗碳过程是由于活性大的钢铁屑（由于其比表面积大）与C₀的接触作用，促使其分解，CO分解析出活性很大的碳黑（烟碳），吸附在钢铁切屑的表面上，同时不断扩散溶入铁中，使铁渗碳。

随着钢、铁屑的还原，渗碳及炉料的逐渐下降，温度升高，在熔化带熔化成液体，铁滴下落，穿过高温区（过热带），被过热到较高温度，同时由于铁滴与炽热焦炭接触良好，加速了渗碳反应，同时也进行着增硅反应。

增硅反应：在过热带的高温区内，燃料灰分中的SiO₂和浸蚀了的炉衬及炉料带入的SiO₂，先气化后增硅。

经对冲天炉作了上述改进发明所取得的还原性高温炉气，只是完成钢铁切屑的还原及熔化，使铁水的过热及合金元素的还原。但终因钢铁切屑的原始成分与铸铁成分相差较大，远不能满足铸铁的成分要求，还要作出了如下发明：

将常规冲天炉的炉缸加深，即为溶池式炉缸（10），用于储存铁水及熔渣。去掉常规冲天炉的前炉，因排风口（8）下斜角度较大（20°），使高温区下移至炉缸。再者炉缸区的焦碳一直参与冶金反应，不断消耗，因此上部高温区的炽热焦炭不断下降给炉缸带来了大量的热源;还有穿过过热区已获得最高温度的铁滴和熔渣汇集于炉缸熔池区，都使炉缸保持高温，致使炉缸具备了冶金反应的热力学条件。由于炉缸溶池内充满了焦炭、铁水及熔渣，且三者的接触条件相当充分，在渗碳的同时进行着决定铁水最终成分的多种冶金反应，通过对炉渣各组元素含量的控制，可调节合金元素在铁水中的含量。

采取以上措施后，出现的问题是炉衬浸蚀加剧，使常规冲天炉无法长期工作，要解决这个问题，使炉衬能长时间工作，以满足生产需要，本发明将常规冲天炉炉体式风箱改为分离式风箱（11），风箱（11）内壁与炉体外壁有间隙，在炉体（7）的顶部设置有雨淋器（4），雨淋器（4）绕炉体（1）的外壁呈环形状，在环形雨淋器（4）上开有多个喷淋孔，其喷淋孔轴线与炉体（7）外壁成45°夹角，工作时，使整个炉体（7）的外壁形成水帘，冷却水带走炉壁散发出的热量，在冷却水温保持基本恒定（变化不大）时，炉壁保持一定厚度。在炉缸区的上部设置一环形水套（9），消除热气流、高温铁、渣液股流对炉缸区炉衬的冲刷和浸蚀作用，使炉子能长时间工作，在本厂生产表明，上述结构性能良好，在熔化时间为10小时，熔化带炉衬厚度由原来的170mm侵蚀到120mm，满足了生产需要。

本发明的优点是可在现有冲天炉基础上改装，改装后的冲天炉能产生还原性或弱还原性气氛，以避免松散的钢铁屑在炉内的氧化或使已经微氧化了的钢铁切屑得以还原，用100%松散钢铁切屑熔化出优质铁水可直接用于生产球墨铸铁及灰口铸铁，在熔化中是通过调整炉渣性质来调整铸铁成分，节省了铁合金，而且由于本发明具有还原性溶炼特征，氧化物含量低，铁水质量优，铸件废品率低，钢铁屑回收率高（＞95%），成功地解决了常规冲天炉不能以100%松散钢铁屑料作炉料的难题。

本发明的实施例如附图所示：

附图1是本发明结构示意图。

附图2是二次燃烧热交换器（2）的结构简图。

附图3是附图2的A-A剖视图。

在本发明中，二次燃烧热交换器（2）是采用多管连接式，管子是采用钢管。在烟囱（1）壁上开的二次燃烧送风口（12）是沿烟囱（1）的切线开孔，使二次燃烧送风口（12）形成切线进风，造成火焰均匀性燃烧，增加了热交换器的受热均匀性。

排风口（8）是采用高铅耐火材料，自制成型，在修砌炉衬时放入，风口比为5.9%。

在本实施例中，将常规冲天炉原来深度为350mm的炉缸加深至750mm，即为本发明的熔池式炉缸（10）。

为了在熔化时增加风中氧化的浓度，以进一步提高过热区温度，本发明在风箱（11）进风口处设置一个富氧送风阀（5），富氧送风阀（5）的尺寸与输氧管的尺寸相配套，富氧送风采用与否，可根据生产需要来决定。

采用本发明对常规冲天炉作出改进，并不会影响常规冲天炉原有的用途。

本发明的生产实施例如下：

生产实例之一：用100%松散钢、铁切屑熔化QT600-3牌号原铁水生产550型矫直机合金球墨铸铁矫直辊及其它球铸件。

1、炉料配比：

钢铁屑批重（Kg）批焦（Kg）石灰石（Kg）

100% 250 30 10

注：钢铁屑为松散状态，锈蚀较轻。钢屑约各为50%。

2、铁水成分及球化处理

铁水温度：1500～1550℃，光学高温计出铁槽测温。炉渣为碱性，碱度为1.37，该渣具有良好的脱硫效果，硅略增。

球化处理：球化剂为包头市生产的4＃稀土镁合金，加入量1.3%，孕育剂为75＃硅铁，加入量为0.8%，球化处理二次出水时在出铁槽冲入0.7%电解铜、0.03%锡。

3、合金球铁化学成分、金相及机械性能

化学成分%：

金相组织：

球化等级为一级、石墨大小为一级、基体组织为90-95%球光体。

机械性能：

抗拉强度бb＝689.5N/mm²（69Kgf/mm²）

硬度HB 190～210

铸件经激光表面硬化处理硬度为Hv 964.8

用此法生产的球墨铸铁，机加工表明加工性能良好，对118件矫直辊综合废品率统计，废品率为1.69%，废品率明显低于用常规冲天炉生产的同类产品。

生产实例之二：用100%松散钢铁屑配料熔化HT200牌号铁水生产斗式提升机大滑轮等灰铁铸件。

1、炉料配比

钢铁屑（各为50%）批重（Kg）批焦石灰石

100% 250 30 5

2、化学成分及变化率、炉渣成分

从表中可知，炉渣呈酸性，碱度为0.6，增硅性能优于碱性渣。

3、机械性能：

抗拉强度бb 216.5N/mm²（22Kgf/mm²）

硬度 HB 170～190

用此法生产的灰口铸铁机加工性能良好，铸件气孔及渣眼缺陷明显减少，铸件综合废品率明显低于用常规冲天炉生产的同类产品。

结论：本发明的新型冲天炉，用100%松散钢铁切屑熔化出优质铁水可直接用于生产球墨铸铁及灰品铸铁。铸铁的各项理化指标均达到GB5675-85、ISO-1083的规定。在熔化中通过调整炉渣性质来调整铸铁成分，节省了铁合金。由于本新型冲天炉具有还原熔炼特征，氧化物含量低，铁水质量优，铸件废品率降低，钢铁屑回收率高（＞95%）。成功解决了常规冲天炉不能以100%松散钢铁屑料作炉料的难题。

本发明经济效益显著，经粗略计算，熔化每吨铁水比常规冲天炉（用生铁作炉料）降低生产成本390元，不仅能大大降低生产成本，又显示出显著的社会经济效益，综合利用了国家的宝贵资源，使钢铁屑潜在的经济值得以发挥。以我国1985年铸铁产量730万吨计算，若采用本发明，仅此项每年可为国家节约资金约28.5亿元。

Claims

1、一种熔化钢铁屑的新型冲天炉，是对常规冲天炉进行改进，其特征在于：

a：烟囱(1)安装一个由传热性能好的材料制成的二次燃烧热交换器(2)，以吸收废气中的物理热和化学潜热；

b：在炉膛(6)上只设置一排风口(8)，以扩大还原区；

c：将常规冲天炉的炉缸加深为溶池式炉缸(10)。

2、根据权利要求1所述的冲天炉，其特征在于炉体（1）顶部的外壁设置有雨淋器（4），带走炉壁散发的热量;在炉缸区的上部设置水套（9），水套（9）在炉缸区呈环形，以使炉子能长期工作。

3、根据权利要求2所述的冲天炉，其特征在于风口（8）的形状为里面小、外面大，风口比为5.5-6.5%，靠自熔性来调节风口比为恒定。

4、根据权利要求3所述的冲天炉，其特征在于风口（8）的风口比为5.9%。

5、根据权利要求3所述的冲天炉，其特征在于烟囱（1）上开有二次燃烧送风口（12）。

6、根据权利要求5所述的冲天炉，其特征在于二次燃烧送风口（12）是开在烟囱的切线方向，形成切线进风。

7、根据权利要求5所述的冲天炉，其特征在于二次燃烧热交换器（2）是采用多管连接式，还可采用蛇行管式、螺旋管式，以利于吸热。

8、根据权利要求7所述的冲天炉，其特征在于风箱（11）是采用与炉体分离方式，风箱（11）内壁与炉体外壁有间隙。