冲天炉快速高温熔炼操作分析.docx
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冲天炉快速高温熔炼操作分析
高级技师论文说明书
冲天炉快速高温熔炼操作分析
姓名:
张建安
单位:
龙钢公司机动厂
申报工种:
铸造工
申报级别:
一级
二O一一年七月一日
摘要----------------------------------------------------------------------------3
一、引言----------------------------------------------------------------------3
二、冲天炉原辅材料的准备----------------------------------------------5
1、冲天炉熔炼铸铁时使用的炉料及所有的金属料--------------5
2、焦炭及常用的燃料要求---------------------------------------------5
3、熔剂---------------------------------------------------------------------5
4、铁合金------------------------------------------------------------------6
三、冲天炉工艺的改进----------------------------------------------------6
1、打炉料的改进---------------------------------------------------------6
2、炉膛直径的调整------------------------------------------------------6
3、风口直径的变化------------------------------------------------------6
4、炉料的变化------------------------------------------------------------7
四、冲天炉熔炼过程操作工艺-------------------------------------------7
1、准备工作---------------------------------------------------------------7
2、点火---------------------------------------------------------------------7
3、装料、送风------------------------------------------------------------7
五、影响冲天炉快速熔炼高温铁水的因素-----------------------------8
1、焦炭的影响------------------------------------------------------------9
2、送风的影响------------------------------------------------------------10
3、合理操作---------------------------------------------------------------11
六、熔炼过程中铁水成分变化及解决措施----------------------------12
七、结论----------------------------------------------------------------------13
八、致谢语-------------------------------------------------------------------13
九、参考文献----------------------------------------------------------------13
冲天炉快速高温熔炼操作分析
摘要:
为了适应公司生产的需要,针对大型铸件的浇注,将设备为2T的冲天炉通过扩容改造、技术改进,即通过把冲天炉的后炉炉腔直径扩大、前炉容量扩大、风口直径变大、炉料的变化实行小批量、加大预热、增加熔化率、提高焦炭强度及块度、增大风量与风压等一系列措施,从而把冲天炉的熔化率由2T/小时提高到4T/小时,来完成大型铸件的浇注任务。
关键词:
改进工艺、熔炼过程、因素影响、成分变化
一、引言
1、铸造是一种用液态金属生产制品的工艺方法,将金属熔化成为具有流动性良好的液态,在重力和其它力的作用下充满铸型,经凝固和冷却成为具有铸型型腔形状的制品,所铸出的金属制品称为铸件,铸造本身是一个特殊的过程,所以铸造工作实属不易,这主要是铸造的特殊性所决定的,即①铸造过程影响因素繁多,主要包括人员素质和技能、原材料、设备以及工装模具,工艺水平甚至天气等。
②质量问题的滞后性,许多缺陷在加工后方可发现,如球铁件的皮下气孔,大型铸件的缩孔等。
2、我是1990年5月正式进入龙钢机动厂铸造作业区工作,至今一直从事冲天炉熔炼工作,铸造作业区现有2T/h多排小风口碱性冲天炉一座,助燃辅助装备为一台63m3的罗茨鼓风机一台,转速为1470r/min,最大工作压力为,前炉为Ф700mm×500mm,后炉炉膛直径为550mm,过桥为Ф800mm×50mm,熔炼过
程中使用的是一级冶金焦炭,针对公司规模不断扩大,大型铸件
(如炼钢的炉口、渣盘,炼铁的渣槽大多为4-5吨)的需求增多,冲天炉快速高温熔炼即成为我们一项必须解决的难题,面对此一系列问题,我从熔炼过程及工艺改进入手,结合理论知识和多年
积累的操作经验,成功的完成了各项生产任务。
二、冲天炉原辅材料的准备
1、冲天炉熔炼铸铁时使用的炉料及所有的金属料
其中金属料包括新生铁、回炉料、废钢和铁合金等,应按其成份的不同分别堆放,不应混杂在一起,生铁和废钢不宜过大,长度以不超过炉径的1/3为宜,否则熔炼时容易造成卡料、搭棚,而且铁块较大,在炉内不易充分预热,使熔化速度减慢,铁水温度降低,金属料中夹砂泥和铁锈时,易造成熔剂量的多加入,阻碍料块受热,还会熔成渣消耗热量,铁水氧化严重等,采用不洁净金属炉料时获得高温优质铁水是不利的,这些应除去后才能加入炉中。
2、焦炭及常用的燃料要求
它的固定碳含量要高,一般含量82%以上,含灰份、挥发物和水分要少,机械强度要高,含硫量应小,块度过大和过小,都会使熔炼时铁水温度降低,焦炭中灰分过高,会使固定碳的含量降低,发热量减少,尤其在熔炼过程中造成大量的增渣现象,给操作带来困难,同样强度低的焦炭易被压碎,容易赌塞气流通道,降低铁水温度,一般底焦块度在80—100mm之间,较为合适,层焦可在60—80mm之间,并尽量保证块度均匀。
3、熔剂
作用是与铁料表面的砂泥以及熔炼过程中产生的氧化物,焦炭中的灰分相结合,形成熔点较低,流动性较好的熔渣浮出在铁
水表面,然后排出炉外,常用的熔剂有石灰石和萤石,由于萤石价格较贵且炉衬的侵蚀严重,不宜使用,熔剂石灰石的块度一般在30—50mm之间。
4、铁合金
最常用的是硅铁、锰铁,使用之前必须知道其准确的化学成份,各种炉料都应该保管好,不被雨淋湿,不能互相混放,熔炼球铁铸件时还需准备稀土硅铁合金等。
三、冲天炉工艺的改进
1、打炉料的改进
在修筑冲天炉炉衬时,在炉料内加入10%的煤粉,进行打后炉炉衬和过桥,起到冲天炉在熔炼过程中提高铁水的温度,再是通过煤粉的燃烧,在炉衬上形成一层保护膜,减少炉衬的损坏,加强炉衬的耐用性能。
2、炉膛直径的调整
在修筑冲天炉炉衬时,把后炉炉膛直径由原来的Ф550mm加大到Ф700mm,再经过冲天炉前期的熔化,使冲天炉炉膛直径加大,前炉炉膛直径由原来的Ф700mm×500mm,通过把出铁口位置变低,炉衬变薄,使炉径变为Ф750mm×600mm,使炉膛的容积扩大,可以储存2T铁水,提高铁水的保温效果。
3、风口直径的变化
把冲天炉风口由原来的直径为Ф16mm,加大到现在一排(由
下向上)Ф20mm×5个,第二、第三加大到Ф25mm×10个,并向下倾斜15度,第四排加到Ф30mm×5个,通过风口直径增大,进风量增加,提高了冲天炉的熔化速度。
4、炉料的变化
金属料块要选择适当,不可过大,过大会使单位炉膛容积内炉料的受热面积减少,所需预热和熔化时间增长,过热区缩短,批料层厚薄的变化,由原来批料的500公斤,变成现在的300公斤(即新生铁140公斤,回炉铁100公斤,废钢60公斤),焦炭耗量一定时,减少批料量可以批炉料熔化时间缩短,熔化区域缩小,熔化区平均位置相应提高,有利于铁水过热,从而提高炉子的熔化速度和铁水温度。
四、冲天炉熔炼过程操作工艺
1、准备工作
修好炉后,在条件允许的情况下,最好让冲天炉自然阴干一段时间,使用前必须用木柴烘干前炉、后炉、出渣口、出铁口、过桥,防止产生水汽(即耐火料烘干至发白无水分析出)。
2、点火
点火前必须启动水冷系统,除尘系统,并加入一些块度厚较大的木材,然后将其引燃,待燃后在加入总底焦量的40%,此时全部风口都应打开,以压缩空气助燃,防止一氧化碳密集发生爆炸,待全部燃着以后加入底焦的40%,炉内呈暗红时,从风口搅
实底焦,三点测量底焦高度,剩余底焦以当日所需高度进行调整。
3、装料、送风
先鼓风2—3分钟除灰尘,再加入熔剂,其加入量为层批料中熔剂量的两倍,加入底焦是防止底焦的烧结或过桥堵,严格按配料单进行装料,称量要准确,允许误差为3—5%,批料的装料顺序为焦炭----熔剂----废钢----新生铁----回炉料----铁合金,如此循环,一批一批的加入,直到料房达到加料口下沿,送风熔化前,可先焖炉20—50分钟,有利于炉料的预热,须打开风口,以免引起爆炸,送风以后选择合理的风量,专人经常捅风,过桥必须畅通,确保开炉初期较低温度,铁水和炉渣通畅流出,送风以后5—7分钟从风口处能看到有铁水滴落下来,则表明底焦高度合适,超过8分钟说明底焦较高,若不到4分钟有铁水滴答,则说明底焦高度不够,熔炼过程中必须勤于维护风口畅通。
开炉根据风量、风压、铁水温度调整炉况,开炉过程停风时,先打开一排风口,然后减少风量再停风,否则炉内的一氧化碳气体就会进入送风系统中,当一氧化碳和空气混合达到一定比例时,则会造成爆炸,所以应特别注意,熔炼过程中发现风压突然升高或降低时,则说明熔炼不正常,可能出现料空、漏风、炉料搭棚等现象。
炉渣呈灰绿色玻璃状------熔化正常
淡棕色玻璃状------熔化正常、含锰较高
紫色玻璃状------含硫过多
灰白色石头状------石灰石过多
墨色致密、很重------炉温低、风量大、底焦过低、铁水氧化
五、影响冲天炉快速熔炼高温铁水的因素
冲天炉内铁料经预热、熔化、过热的过程,其中铁水过热是获得高温铁水的关键,它主要取决于合理的底焦燃烧,强化热交换及合理工艺操作三方面。
图:
冲天炉内各区带的划分:
冲天炉内各区带名称
焦炭燃烧特性
金属炉料变化
燃烧反应
炉气成分
炉温
预热区
焦炭不燃烧,焦炭被预热到高温;挥发分逸出;水分蒸发
CO2、CO、O2浓度变化不大,当焦耗7-12%含碳80%,炉气约含CO218-13%CO4-13%O2<%
加料口温度一般为200-300℃到底焦顶面炉温约为1200-1300℃
金属料从室温加热到将要熔化温度1150-1200℃准备熔化
石灰石预热分解、呈熔融状态,造渣准备
CaCO3→△CaC+CO2-Q
把焦炭加热到着火温度,除掉挥发分及水分,准备燃烧
熔化区
还原带
炽热焦炭在高温、无氧条件下主要进行吸热的还原反应:
CO2+C→2CO-Q
炉气成分:
CO2:
(18-13)%-(20-18)%
CO:
(4-13)%-(1-3)%
O2:
O2<%
炉气温度为1200-1300℃至1700-1800℃
即底焦顶面至炉内最高温度之间
金属料在1150-1200℃被熔化后进入过热阶段,随着金属熔化,元素烧损,开始造渣,铁渣一起留下
过热区
炽热焦炭、炉气把液滴过热至1500-1650℃,造渣结束后,渣铁一起进入炉缸区
氧化带
焦炭在氧充足条件下,主要进行
C+O2→CO2+Q2
其次
C+1/2O2→CO2+Q3
CO+1/2O2→CO2+Q4
风口进风氧为21%,燃烧反应使炉气成分为:
CO2:
20-18%
CO:
1-13%
O2:
<%
炉温急剧上升至1700-1800℃高温
从风口至炉内最高温度之间
炉缸区
正常情况下焦炭燃烧微弱
C+O2→CO2
CO2+C→CO
靠近风口附近打开出铁口,出渣口有部分焦炭燃烧
几乎全部充满CO或由CO2、CO、O2组成
1200-1300℃左右,由于铁水不断流过炉缸炉温有所提高
高温铁水流经炉缸、过桥至前炉,这一过程均为降温过程,一般降温50-100℃左右
1、焦炭的影响:
①焦炭的固定碳含量愈高,阻碍燃烧反应和影响铁水吸热的灰分就愈少,熔炼过程中由灰分形成渣量也相应减少,因而有利于提高炉温,强化焦炭对铁水的对流传热,有利于铁水的过热,我们采用的是三级冶金焦,固定碳达到82%,冲天炉熔炼铁水出炉温度多在1400—1500℃,可见,焦炭中固定碳是熔炼高温铁水非常重要的条件。
②焦炭块度的影响:
当焦炭块度过小时,由于炉膛单位容积内的反应表面积过大,因而燃烧反应力加速,氧化带缩短,还原带扩大,加以此时氧化带内还原反应发展较快,致使高温区域短,炉气最高温度较低,此外,小块度焦炭对送风的阻力大,空气难于深入炉子中心,致使炉气与温度分布不均匀,所以,这些对铁水过热都是不利的,但如果焦炭块度过大,则燃烧反应速度将显着减慢,此时,虽然氧化带扩大,但由于燃烧区域不集中,同样会降低炉气最高温度,从而不利于铁水的过热,这时我们选用的焦炭块度均为80—100mm之间最为适宜。
(一般1-2T/h的冲天炉,底焦块度80-100mm,层焦块度60-80mm)。
③底焦高度的影响:
冲天炉正常熔化时,底焦顶面应与金属熔化开始位置相吻合,这时冲天炉已经熔化1-2小时,随着炉膛扩大,底焦位置下降,铁水氧化,还可能出现凝炉事故,所以需要补加底焦,一般严格把底焦控制在范围之间,熔化速度加快,
但铁水温度下降硅锰烧损严重。
2、送风的影响
①送风量、送风速度:
当浇注大件时,我们关闭风机放风阀,使压力表放到最大以不超过,电流表以充分利用风量、风口孔径、风口角度,使其对炉内均匀加热,送风量的调节,增加了焦炭的消耗,但由于进风速度增大和炉内气流速度增大,强化底焦的扩散燃烧,表现为底焦燃烧量增加,炉温得到提高,送风量对铁水温度及熔化速度的影响较大,冲天炉随风量的增加使熔化速度不断提高,随着风量的增加,铁水温度不断提高到达峰值后开始跌落,提高风量即提高炉温,又使熔化区上移,为铁水高温过热创造了有利条件,但风量提高不可超过风焦平衡所需的风量,否则会造成底焦燃烧过快,熔化区下移,将引起铁水温度下降,铁水过分氧化,硅与锰烧损过大,风口严重结渣等现象。
②送风温度:
当浇注大件时,冲天炉已经熔化1-2小时,风经过热风带,风温得到提高,提高风温可增加氧化带内热量来源,提高氧化焦炭表面的扩散速度,预热送风加大了实际送风速度,还加速了底焦的扩散燃烧,氧化带缩短,炉温提高,但由于氧化带缩短使还原带相应延伸,同时炉温提高使二氧化碳初始还原速度加快,故炉温下降较快,风温愈高,炉气最高温度也愈高,进而达到提高铁水温度的目的。
3、合理操作
①在熔炼过程中,因为熔化炉膛直径的变化,需要补加接力焦,通过风口排数,孔径的变化,拟制了冲天炉产生的炉壁效应,第二,三排风口向下倾斜15度,(风口倾斜减弱气流自然向上沿炉壁流动趋势,提高空气穿透深度,易形成集中高温区)使炉内氧含量增加,使一氧化碳与焦炭不断发生燃烧,在低消耗的条件下,最大限度的利用碳的燃烧热,使冲天炉热效率提高到60—70%,但由于风口排数多,送风分散,不能集中燃烧与集中放出热量,为改善冲天炉内行或中心线,操作过程中不断的捅风眼,观察炉况的变化,随时调整焦炭、风量,为冲天炉快速熔炼高温铁水提供了最有力的保证。
②冲天炉前炉炉缸,是一个铁水散热过程,如何提高前炉的保温,显得比较重要,在前炉的修筑过程中,使用的保温材料是廉价的焦炭煤粉加入耐火料中,通过烘干起到部分保温作用,在实际操作中,使用前炉焦炭燃烧,在后炉补加部分小块焦炭,通过过桥熔化过程中变粗的口径以及大风量进入前炉,后炉的强风,加上出渣口,前炉开设放气孔,则有部分空气进入前炉炉缸,使炉缸内焦炭燃烧,可减少高温铁水的热损失,使铁水达到保温。
六、熔炼过程中铁水成分变化及解决措施
铸铁炉料在冲天炉熔化过程中大多元素被氧化而损伤,但也有少数元素(如碳和硫)含量会有增加。
1、碳:
含量在冲天炉中不断变化,铁水在炉缸停留时,由于
高温下焦炭中碳原子急剧向铁水扩散,铁水出现增碳,燃烧时碳含量变化有显着影响,碳量应控制在—%之间,这些在炉后上料中增加费钢的投入量及高温铁水的碳的烧损调节,解决大型铸件,石墨组织容易粗大,分布不均匀,产生缩松等现象。
2、碳、锰:
主要与炉气氧化性和铁水过热温度有关,出炉温度达到1430--1450℃时,硅的烧损为:
15%-20%,锰烧损为:
20—25%,为了这些硅应控制在(—%)锰(—%)之间,在后炉上料中批料加入硅为:
4公斤,锰加入量为:
公斤,从三角试块看白口倾向明显减少,组织致密。
3、硫磷:
铁水含硫量总量增加通常达50%左右,为了降低含硫量,在熔炼中尽量采用含硫量低的焦炭,供风强度的提高,使焦炭中有较多的硫以SO2的形式排入大气中,
4、铸件中的磷是一种有害元素,金属料中的磷在熔化过程中基本全部进入铁水中所以含磷量几乎没有变化。
通过以上措施,铁水化学成分均达到HT200的铸造要求。
七、结论
通过以上的技术攻关和实际操作,使铁水出炉温度保持在1400-1420℃之间,熔化率为4T/小时,用现有的设备即可达到所需出炉铁水温度,达到4-5吨铸件的浇注技术要求,更好的服务于生产。
八、致谢语
在此次论文的写作及完成过程中,感谢作业区领导的大力支持,同时感谢作业区相关同志的积极配合,我在今后工作中一定关注问题、解决问题,使自己在知识层次和技术方面有所收获和提高。
九、参考文献:
《冲天炉手册》机械工业出版社1994年
《化铁工操作技术要领图解》山东科学技术出版社2008年
《化铁工》机械工业出版社1990年
机动厂
李俊民
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