冲天炉压力分渣器的研究与应用

徐培好，赵龙泉，杨恒远，张聚辉，毛永涛

（潍柴动力股份有限公司，山东潍坊市 261001）

冲天炉压力分渣器的研究与应用

徐培好，赵龙泉，杨恒远，张聚辉，毛永涛

（潍柴动力股份有限公司，山东潍坊市 261001）

研究了冲天炉压力分渣器的工作原理与结构参数，说明了铁、渣分界面位置对铁渣分离效果的影响。

冲天炉；压力分渣器

压力分渣器是一种利用炉气压力使铁液和炉渣分离的连续分渣装置。在正常工作状态下，过桥必须始终保持畅通，炉气通过过桥进入分渣器。分渣器内铁液、渣液上方的炉气压力随着炉缸内压力的变化而变化，分渣器内炉气压力始终等于炉缸内的压力。这是压力分渣器与其它连续出铁出渣装置的根本区别。

一些水冷长炉龄冲天炉所采用的炉内分渣装置，由于炉缸较深，致使原铁液含硫量较高，降低了原铁液的质量；而常用的连续出铁出渣槽由于炉缸较浅、炉缸的容量有限，冲天炉过桥意外阻塞时，铁液、炉渣很容易倒灌进入风口、造成事故[1，2]，压力分渣器（图 1）则可以避免上述两种装置的弊端。

1 压力分渣器的工作原理

如图2所示，压力分渣器运行时，炉缸内铁液和炉渣经过桥进入压力分渣器，由于密度的差异，炉渣处于上层，铁液在下层。分渣器内的炉气压力作用于炉渣表面。炉渣在重力和炉气压力作用下沿出渣口排出，铁液在重力、炉渣压力、炉气压力的共同作用下沿出铁口进入前炉。正常工作的压力分渣器，必定同时满足如下两个基本等式：

式中：H1——铁液压头，m；

H2——渣液压头，m；

ρ铁——铁液密度，ρ铁≈7kg/m3；

ρ渣——渣液密度，ρ渣≈2kg/m3；

h1——出铁口以上的铁液层厚度（或者分渣器内

铁液对出铁口的作用压头），m；

hz——渣液层厚度，m；

h2——出渣口以上的渣液层厚度（或者分渣器内渣液对出渣口的作用压头），m；

P——分渣器内的炉气压力，Pa；

P0——大气压力，Pa;

g——重力加速度。

2 压力分渣器结构参数分析

压力分渣器的结构参数包括 H1、d1、H2、d2、以及出铁口、出渣口距离底部的高度等6项，其中H1、H2为最重要的参数，现分析如下。

2.1 渣液压头

由式（2）可以导出渣液压头H2的表达式：

H2=（P－P0）/gρ渣+h2

欲使压力分渣器正常工作、出渣口不得与炉气相接，否则出渣口会出现炉气喷发现象，因此出渣口以上的渣液层厚度必须不小于零。渣液临界压头H2的表达式为：

H2临=（P－P0）/gρ渣

可以看出，影响渣液临界压头的因素只有P，如果能够测定压力分渣器内的炉气压力，则可以很方便确定渣液临界压头。

2.2 铁液压头

铁液压头H1属于压力分渣器的重要结构参数，通过式（1）可以导出H1的表达式：

H1=（P－P0）/gρ铁+h1+ρ渣hz/ρ铁

压力分渣器正常工作、出铁口无渣液流出，则出铁口以上的铁液层厚度必须不小于零。当h1=0时，出铁口在临界状态下工作，H1临界值的表达式为：

H1临=（P－P0）/gρ铁+ρ渣hz/ρ铁

可以看出，影响铁液临界压头的因素有P、hz两项，复杂于影响渣液临界压头的因素。确定铁液临界压头，不仅需要知道炉气压力，而且需要考虑压力分渣器内的渣液层厚度。

2.3 铁、渣分界面分析

压力分渣器内铁、渣分界面相对于出铁口、出渣口的位置，决定了铁渣分离的效果，分4种情况说明如下：

①若压力分渣器内铁、渣分界面高度低于出铁口的上沿高，则炉渣进入出铁口，铁液中易混入了炉渣，必须避免出现该情况。

②若压力分渣器内铁、渣分界面高度在出铁口上沿与出渣口下沿之间，出渣口完全被炉渣浸没，出铁口完全被铁液浸没，渣铁分离彻底，这属于压力分渣器正常工作的情况。

③若压力分渣器内铁、渣分界面高度在出渣口直径范围，但如果出渣口仅仅下部被铁液浸没、上部仍然可以正常排渣，则压力分渣器仍然可以正常工作；但如果出渣口大部分被铁液浸没，则炉缸内的炉渣很难排出、排渣不畅。这情况下压力分渣器工作很不稳定，应该尽量避免。

④若压力分渣器内铁、渣分界面高于出渣口的直径范围，则压力分渣器无法排渣。

通过以上分析可知，压力分渣器内铁、渣分界面应该介于出铁口上沿与出渣口下沿之间。铁、渣分界面即分渣器内铁液对出铁口的作用压头h1，由方程（1）可以得出：

h1=H1－[ρ渣hz＋（P－P0）/g]/ρ铁

可以看出，影响h1的因素包括H1、hz与P三项，H1越大则h1越大，hz与P越大则h1越小。

3 使用实例

结合上述分析，以某厂8/h冲天炉压力分渣器为例，简要介绍压力分渣器的使用控制及结构参数设计。

3.1 压力分渣器的控制

通过上述分析可以看出，炉气压力P对压力分渣器的结构参数有决定性影响，炉气压力决定于冲天炉的送风风量。该冲天炉采用铸铁渣罐接液体熔渣工艺，冲天炉送风风量根据生产节拍控制在4000～6500m3/h。通常有如下两个关键点。

（1）换渣罐。当需要更换熔渣渣罐时，冲天炉先加一批铁料，利用层料下落时对炉内空气的压缩，然后增加风量500m3/h，即增大炉气压力P值，加快分渣器内熔渣的排出，加快熔渣的排除，降低分渣器内熔渣液面即减小h2值，待分渣器出渣口熔渣断流时，立刻减小送风风量1000m3/h即减小炉气压力P值，使P+ρ渣gh2＜ρ渣gH2，利用h2回复间隙完成换渣罐工作，换完渣罐后送风风量回复至正常状态。

（2）中间停风。因设备故障和生产原因中途停风，停风时间不大于40min。停风前，先增大风量至7000m3/h，加速铁液、熔渣排除，降低分渣器内铁、渣液面即减小h1和h2值，至出渣口断流，开始逐渐减小风量至停风，同时停止炉后加料。停风后，用石棉封住出渣口、出铁口，以使分渣器保温。

3.2 压力分渣器的结构及参数介绍

压力分渣器必须综合冲天炉送风风量调整范围及压力分渣器使用过程的侵蚀，合理设计其各项参数，既要保证使用过程中的安全性与稳定性，又要做到结构紧凑节约修筑成本。图3所示为该厂根据其冲天炉使用参数设计的压力分渣器结构及其主要参数。内出渣口与出铁口中心距为60mm，压力分渣器正常工作过程中，铁液面高于分渣器内出铁口顶面低于内出渣口中心，既保证了铁液不混渣，又保证了熔渣排出的流畅性；H2＝525mm既能保证分渣器内熔渣液面在低于过桥出铁口时出渣口顺利出渣，又能保证冲天炉送风风量达到控制上限时出渣口不喷渣；出铁、出渣通道截面均为圆形结构，减少液体流动阻力，降低液体对通道的侵蚀，延长分渣器使用寿命；出铁、出渣口设计适当长度的水平通道保持了分渣器的结构紧凑性，提高了压力分渣器使用过程中的结构稳定性。

[1]朱瑞恒，张明，董明玉，等.冲天炉连续出铁出渣装置及其使用.中国铸造装备与技术，2004（6）：48-50.

[2]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册:铸铁.第2版.北京：机械工业出版社，2002.

Study and Application of Cupola Pressurized Slag Separator

XU PeiHao，ZHAO LongQuan，YANG HengYuan，ZHANG JuHui，MAO Yong Tao
（WeiChai Power Co.Ltd.，WeiFang 261001，ShanDong China）

The operational p rincip le and struc ture parameters of cupola p ressurized slag separator have been investigated,and the effec t of m elted iron-slag interface level on getting them separated has been analyzed.

Cupola；Slag separator

TG232.7;

B；

1006－9658（2011）02－3

2011－01－06

2011－003

徐培好（1978－），男，工程师，硕士研究生，主要从事铸铁熔炼工艺及设备研究