5吨冷风冲天炉熔炼过程成分控制

钟晓斌，史传岳，顾厚军，张 杰

（海安县万力铸造有限公司，江苏海安 226600）

冲天炉熔炼具有优质、高效、低耗、长寿与操作便利等优点，特别是冲天炉的冶金条件较好。但是冲天炉熔炼过程中，炉况变化非常复杂，铁液的化学成分、温度变化较大，这对铸件的金相组织和力学性能有很大的影响。因此研究冲天炉熔炼过程的参数变化，对于控制铁液成分和温度，获得稳定铸件机械性能具有重要意义。

1 冲天炉基本结构

我公司配有一台5 t冷风冲天炉，风机型号为HTD85-22，风量为 85 m3/min（标准状态下），风压24.5 Pa，轴功率43.7 kW。电机功率55 kW。送风系统安装有CFX-1风量风压检测仪，随时检测风量风压的变化。冲天炉基本结构（图1）：炉膛直径900 mm，2层排风口（直径分别为46 mm、30 mm），风口排距300 mm。

图1 冲天炉基本结构

2 原材料的选择

（1）焦炭的选择：焦炭的选择需要考虑焦炭的水分、灰分、含硫量、反应性、气孔率、挥发物以及焦炭的块度和硬度。

焦块过小，会直接影响焦炭的燃烧，使氧化带过分缩短，扩大了还原区。焦炭块度越小，单位质量焦炭的表面积越大，燃烧效率越低，CO2和C之间的气化反应加剧，导致废气潜热损失增加。另外，过小的焦炭还会增加送风阻力，使风不易吹到炉子中心，造成中心燃烧恶化，增加焦耗，降低铁液温度。反之，焦炭块度大，则表面积小，可抑制CO2的还原反应，同时使燃烧比增大。因此，在正常情况下随焦炭块度的增大，铁液温度呈上升趋势，但是过大的焦炭块度将使燃烧不集中，炉气上升缓慢，风口附近冷区加大，反而造成铁液温度下降。我们统一采用山西铸造焦，其成分见下表1。

表1 山西铸造焦成分

固焦炭的选择如下图2数据,底焦块度100～150 mm，层焦块度60～120 mm，同时要求焦炭块度要均匀。

图2 焦炭块度对铁液增碳的影响

（2）原生铁的选择：原生铁的选择需要考虑原生铁中五大元素（C、Si、Mn、S、P）的含量，以及块度、表面洁净与否。原生铁的成分直接影响铁液成分，从而对铁液成分稳定有显著地影响。结合我司生产铸件要求的化学成分。我们选用辽宁生铁,其成分见表2。

原生铁块度要求由冲天炉熔化率确定，我司取生铁长15 cm，宽度10 cm，质量20 kg左右，且要求生铁表面洁净，无粘附炉渣和砂粒，块度均匀。

表2 辽宁生铁成分

（3）废钢的选择：废钢的选择需要考虑废钢中五大元素（C、Si、Mn、S、P）的含量，以及块度、表面洁净与否。废钢主要用于调节铁液的含碳量，既可以要求它在保证能调节好C的前提下，其他化学成分不能对铁液产生明显影响。其成分见表3。

表3 废钢的化学成分

根据冲天炉熔化率以及加料口炉膛内径，废钢加工后应满足每块质量为10 kg左右，长度不大于1/3加料口炉膛内径，废钢不应过薄，以防氧化，表面没有严重锈蚀和油污，无泥沙，无危险品（如弹壳等）。

（4）回炉铁：我司产品铸态状态下一般都为QT500-7，回炉铁成分稳定，固只需考虑洁净程度以及去除砂芯。回炉铁成分见表4。

表4 回炉铁的化学成分

根据冲天炉熔化率，确定回炉铁每块质量为25 kg左右，最大块度小于加料口内径1/3，铁屑要求打包后使用，每块质量10 kg左右。同时要求废料中砂芯应清理干净，严重的表面粘砂也应清理干净，否则即妨碍炉料的预热，又增加渣量。

（5）溶剂（石子）：溶剂的作用为造渣，稀释炉渣，调整炉渣碱度。块度要求20～60 mm占80%，小于20 mm的占20%左右，超大块小于15%，同时要求溶剂质地坚硬，断口纯净，无砂子和粘土夹层。

（6）合金：球化剂的加入量根据每次出铁量和铁液含硫量而定。铁液含硫量与球化剂加入量的关系见表5。孕育剂（75硅铁）块度为10～15 mm，表面无粘砂及油污，未受潮，硅偏析小于4%。

（7）耐火材料：修炉用耐火材料为酸性耐火材料，要求有较高的耐火度，修好炉后无裂纹。

表5 原铁液含硫量与球化剂加入量的关系

3 冲天炉熔炼过程中影响铁液化学成分稳定的主要因素

（1）原材料的化学成分、块度应符合生产要求。

（2）采用合适的耐火材料混制工艺，打制成耐火砖，提高炉衬紧实度，保证炉型稳定。

（3）根据生产条件，调节供风量和供风强度，得到最优方案，使冲天炉在最佳工艺点处工作。

（4）采用合理的底焦高度、配料计算并加补焦，维持底焦高度稳定，达到稳定铁液成分的效果。

（5）备料时合理选用焦炭，确定工艺参数时采用最惠送风量，保证炉温，从而可以提高熔炼效率，并能减少铁液中元素的烧损，稳定铁液成分。

4 操作步骤和过程控制

（1）用自混制的耐火材料打制耐火砖，与用耐火泥修补炉衬相比，可提高其紧实度，保证炉型稳定，从而保证炉温合适，进而使铁液化学成分稳定。

（2）确定修炉尺寸，下风眼处炉膛直径为680 mm，上风眼处炉膛直径为700 mm，熔化带处炉膛直径为900 mm，上风眼直径为35 mm，下斜5°，下风眼直径为45 mm，上斜3°。炉底用粘土砂填，与补炉壁交接处，修成R45～50 mm的圆角。炉底以过桥为基准，厚度大于 150 mm，炉底斜度为 5°～6°。炉壁、炉底与过桥的连接处要平滑，以防积存铁液。

（3）底焦高度为1.8～1.9 m，层焦厚度为140 mm,约40 kg。批量料重按400 kg加入，其中新生铁220 kg，废钢45 kg，回炉铁（包括铁屑压制的铁球15 kg）135 kg。熔剂12 kg左右。

（4）点火，点燃木柴并添加底焦总量的1/3，待底焦燃烧完全后再加底焦总量的1/2，剩余的底焦在装料前添加，用来调节底焦高度。

（5）装料，由于是第一次化铁，先加25 kg左右的石子，起净化底焦的作用，然后按配料单依次加入——原生铁、回炉铁——废钢、硅铁——石子（批料量），以后依次循环即可。若底焦高度随熔化过程变低，则需加接力焦，接力焦量为批料层焦量。

（6）熔炼及其控制，从前炉观察孔处看见有铁液流进前炉时，关闭观察孔，打开出渣口，以提高前几包铁液温度。控制好风量、风压，保证炉子在最佳工艺点附近运行。风量风压控制见图3。除放铁液时防止前炉压力过大发生危险，其余时间不可随意停风。每隔3～4包铁液放渣一次。并时常通风眼，防止送风不足。

图3 熔炼时间与风量风压的关系

（7）出铁，出铁温度在1 400℃以上，防止球化过程中铁液降温太大，而导致铸件缺陷。出铁时取试样检验铁液成分，以便调整。（每炉前5包铁液和最后5包铁液全数取样化验铁液成分，正常熔炼过程每小时取一包铁液化验。）表6为连续3炉不同时间段的原铁液光谱分析化学成分。

表6 原铁液的化学成分 %

5 结论

选择合理的原材料化学成分和块度，提高炉衬紧实度，稳定炉型，采用合理的焦炭和底焦高度，调节风量和风压，保证炉温和熔化速度，减少铁液中元素的烧损，才能获得稳定的铁液成分，从而得到优质的铸件。

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