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
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申报工
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—•
申报级别:
高级技师论文说明书冲天炉快速高温熔炼操作分析:
张建安:
龙钢公司机动厂铸造工一级
二O一一年七月一日目录
3
二、冲天炉原
5
1、冲天炉熔炼铸铁时使用的炉料及所有的金属料5
2
辅材
料的准
5
4
焦炭及常用
5
的燃
料要
6
、冲
天
炉
工
6
艺
的
改
进
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
天炉熔炼过
--7五、影响冲天炉快速熔炼
高温
水的
焦
八、、
--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
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
、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63m的罗茨鼓风机一台,转速为1470r/min,最大工作压力为,前炉为①700mm<500mm后炉炉膛直
径为550mm过桥为①800mm<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。
、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—80mn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—50mn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
2、炉膛直径的调整
到①700mm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①700mm<500mm通过把出铁口位置变低,炉
衬变薄,使炉径变为①750mm<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①16mm加大到现在一排(由
F向上)①20mm<5个,第二、第三加大到①25mm<10个,并向下
倾斜15度,第四排加到①30mm<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
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,
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
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。
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
焦炭燃烧特性
带名称
燃烧反应
炉气成分
炉温
金属炉料变化
预热区
熔化区
过热区
CQ、COO
浓度变化不
加料口温度一
焦炭不燃烧,焦
大,当焦耗
般为
炭被预热到高
7-12%含碳
200-300C到
温;挥发分逸出;
80%炉气约
底焦顶面炉温
水分蒸发
含CO18-13%
约为
CO4-13%O
1200-1300C
<%
炉气成分:
炉气温度为
炽热焦炭在高
CO:
1200-1300C
温、无氧条件下
(18-13)%-
至
主要进行吸热的
(20-18)%
1700-1800C
还原反应:
CO(4-13)%-
即底焦顶面至
CO+C^2CO-Q
(1-3)%
炉内最高温度
Q:
Q<%
之间
焦炭在氧充足条
风口进风氧
炉温急剧上升
件下,主要进行
为21%燃烧
至
CCO+Q
反应使炉气
1700-1800C
其次
成分为:
高温
C+1/2O2TCO+Q
CO:
20-18%
从风口至炉内
CO+1/2A
CO1-13%
最咼温度之间
金属料从室温加热到
将要熔化温度
1150-1200C准备熔化
石灰石预热分解、呈熔
融状态,造渣准备
把焦炭加热到着火温
度,除掉挥发分及水
金属料在1150-1200C
被熔化后进入过热阶
段,随着金属熔化,元
还原
素烧损,幵始造渣,铁
带
炽热焦炭、炉气把液滴
过热至1500-1650C,
氧化
造渣结束后,渣铁一起
-14+-
带
进入炉缸区
CaC"GC+CO-Q
分,准备燃烧
渣一起留下
CG+Q
Q:
v%
炉缸区
正常情况下焦炭
燃烧微弱
C+C2TCQ
几乎全部充
CQ+CTCQ
满CQ或由
靠近风口附近打
CQ、CQQ
幵出铁口,出渣
组成
1200-1300C
左右,由于铁
水不断流过炉
缸炉温有所提
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
50-100C左右
口有部分焦炭燃
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—1500C,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
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--1450C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SQ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
1400-1420C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,
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:
机动厂李俊民
- 配套讲稿:
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- 冲天炉 快速 高温 熔炼 操作 分析