35?t/h熱風沖天爐熔煉工藝特點及鐵液質量控制

于子海，鮑俊敏，杜紀柱，喬進國（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261100）

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35?t/h熱風沖天爐熔煉工藝特點及鐵液質量控制

于子海，鮑俊敏，杜紀柱，喬進國
（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261100）

摘要:介紹了35 t/h熱風沖天爐的組成系統。沖天爐熔煉工藝則具有自動配料、熱風供應、爐氣分析、富氧送風等特點。熔煉所獲得的鐵液溫度穩定在1 500～1 550 ℃，化學成分穩定，生產的灰鑄鐵具有良好的石墨形態。

關鍵詞:熱風沖天爐；熔煉工藝；鐵液質量

沖天爐是廣泛應用的一種熔鑄鑄件的熔煉設備，隨著我國鑄造業的快速發展，沖天爐有邁向大型化、低焦耗、高技術含量（自動化）、少污染、低成本方向發展的趨勢[1]。目前，我廠熔煉二車間熔煉所用沖天爐為KKG公司生產的35 t/h熱風水冷富氧長爐齡沖天爐，信息技術、電子技術的應用提高了沖天爐熔煉鐵液的質量和穩定性。本文將闡述此沖天爐熔煉特點及應用。

1　沖天爐系統組成

35 t/h熱風水冷富氧長爐齡沖天爐包括如下幾個系統：爐體系統、冷卻水系統、原料配料系統及加料系統、鼓風系統、熱風系統、爐氣冷卻系統、除塵系統、電氣控制系統等。

圖1　沖天爐構造

2　沖天爐熔煉工藝特點

2.1自動配料系統

沖天爐熔煉的爐料分為金屬料（廢鋼、回爐料、生鐵）、焦炭及輔料。金屬爐料、焦炭及輔料均可實現全自動配料、加料。

金屬料由三個金屬料斗和三個振動給料機向集中稱重料斗配料。稱重料斗再通過由位置開關控制的氣動翻板閥將爐料裝入加料筐。計算機自動記錄由金屬料振動給料機給出的實際金屬料的質量，金屬料的配料質量偏差由下一次配料指令補償，對熔煉工藝沒有影響。

焦炭和輔料卸入地下的卸料斗，通過傾斜皮帶輸送，再由雙向旋轉皮帶裝置分配入相應的料倉。焦炭和輔料由振動給料器從料倉里下料，在另一個秤重料斗中秤重，秤好后加入料筐。

2.2熱風供應

沖天爐熱風供應不僅充分利用了沖天爐熔煉所產生爐氣的余熱，提高了沖天爐的熱效率。同時由于沖天爐熱風的供應，強化和改善了沖天爐熔煉的冶金功能。無論是對提高鐵液溫度，改善鐵液質量，減少元素燒損，降低焦耗還是提高熔化率都具有顯著效果。

沖天爐熱風供應是通過燃燒室和熱交換器實現的。沖天爐熔化過程產生的爐氣由引風機引出過濾出大顆粒煙塵后吹入沖天爐的燃燒室，在燃燒室進口處與助燃空氣混合，為保證爐氣燃燒，燃燒室下部安裝有兩個預熱燒嘴。燃燒室內，對燃燒后氣體的溫度有兩個測量點。通過調整冷卻風機及預熱燒嘴的功率自動調節燃燒室的溫度，將燃燒室內燃燒后的氣體溫度控制在900～950 ℃范圍內。燃燒后的高溫氣體上升至燃燒室的調節區后混入冷卻空氣，在進入熱交換器之前將溫度調節到750 ℃。在熱交換器中，鼓風機送來的冷風由一個管束式熱風換熱器加熱至成500～550 ℃的熱風，熱風由水冷銅制風嘴送入沖天爐燃燒區。

2.3爐氣分析儀

沖天爐的爐氣含有：氮（N2）、氧（O2）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）。此外還有少量的水蒸氣（H2O）及二氧化硫（SO2）。在這些組成中，N2是中性的，O2、CO2是氧化性，CO屬于還原性氣體。由于爐氣成分直接反映了沖天爐的燃燒狀況，因此爐氣的檢測對沖天爐熔煉有很重要的指導作用。

沖天爐內各處的爐氣成分是不同的，沖天爐爐氣分析儀的測量點在燃燒室前的入口管道上，主要測量CO，CO2，H2，O2等氣體。對CO 的測量可以幫助優化操作和降低焦炭消耗。測量O2可以精確計算出助燃氣體的補充量。測量H2可以幫助確認是否有意外的漏水進入到沖天爐內，這是決定是否停爐的安全指標之一。

2.4富氧送風

沖天爐系統配有鼓風富氧裝置，在沖天爐熔煉中富氧送風對進一步改善滲碳、減少燒損、提高鐵液質量等有一定成效，尤其在沖天爐生產剛開始階段，運用富氧送風對提升鐵液溫度，迅速出鐵及出渣有很大幫助。

3　鐵液質量控制

鐵液質量控制，包括鐵液常規元素含量及其波動，鐵液出爐溫度，鐵液氣體和夾雜物含量，以及爐料遺傳因子的掌控等，人們更深層次地著眼于鐵液與鑄鐵組織和性能等的關系方面[2]。

3.1鐵液碳含量的控制及鑄件石墨形態

鑄鐵與鋼之所以不同，是因為有了石墨的存在，對石墨形態的控制，就是鑄鐵熔煉過程控制關鍵之一，因此沖天爐熔煉鐵液碳含量的控制對鑄鐵生產有很重要的影響。

沖天爐內同時發生著脫碳和增碳兩個過程。影響鐵液含碳量的主要因素包括焦炭的質量及其用量，送風參數（風量、風壓、風溫），富氧量，熔渣狀況和爐料配比。通過調控底焦高度、層焦量、風量、富氧量和爐料配碳量可控制鐵液含碳量。

爐料主要由廢鋼、生鐵及回爐料組成，由于生鐵本身含有粗大的石墨片，而石墨的熔點在2 000 ℃以上，在熔煉過程中不能熔盡，在結晶過程中使石墨變得粗大，同時廢鋼的使用量直接與鑄件的強度相關，提高廢鋼用量可提高鑄件的抗拉強度。沖天爐爐料配比質量分數控制為，廢鋼：60%～70%，生鐵：10%～15%,余下為回爐料。根據我廠生產鑄件牌號的需求，鐵液出爐碳含量控制范圍為3.20%～3.40%（質量分數）。在此條件下熔煉獲得鐵液配合一定的孕育處理所澆注的鑄件具有良好的石墨形態。圖2所示為我廠生產某HT300鑄件的金相組織，石墨為A型，片長為4級。

圖2　HT300鑄件金相組織

3.2鐵液硅、錳的燒損

鐵液中硅、錳元素的氧化燒損，是鼓風中的氧氣和爐氣中的二氧化碳直接與鐵料、鐵滴表面層中的硅、錳發生的氧化反應或者鐵液中的硅、錳與熔解于鐵液中的氧化鐵發生的氧化反應。

熱風沖天爐能有效控制硅、錳的燒損。首先，沖天爐燃燒后的爐氣在熱交換器中進行充分燃燒并利用來加熱鼓風，故不必再為了充分利用焦炭的能量而追求焦炭充分燃燒，生產中調控沖天爐熔化狀況使沖天爐爐氣保持氧化性盡量低則可減少硅、錳元素的氧化燒損。其次，合金元素與氧的親和力都隨溫度的升高而降低，富氧送風和熱風供應能有效的提高送風溫度，降低硅、錳的氧化燒損。 此沖天爐硅元素燒損率為10%～20%，錳元素燒損率為10%～15%。

3.3鐵液出爐溫度

生產實踐中對于鐵液溫度的控制原則為：“高溫出爐，低溫澆注”。足夠高的鐵液出爐溫度有利于穩定化學成分波動范圍、消除石墨遺傳性、減少合金元素氧化燒損、消除鑄造缺陷（氣孔、縮孔、縮松等）、抑止增硫等作用。

沖天爐熔煉鐵液出爐溫度與沖天爐爐況、層鐵焦比、底焦高度、風量等多個因素有關。我廠沖天爐由于熱風供應及富氧等手段可使鐵液的出爐溫度范圍達到1 500～1 550 ℃，尤其富氧的應用可以在沖天爐開始熔煉階段迅速提升鐵液溫度。

3.4鐵液硫、磷含量

實踐表明，鐵液硫含量過低或過高對鑄件性能都不好。鐵液中硫主要來源于金屬爐料和焦炭，其中鐵液中50%以上的硫來源于焦炭。控制金屬爐料及焦炭含硫量是控制鐵液硫量的關鍵，另外，由于熱風沖天爐鐵液溫度高、氧化性低對于鐵液脫硫有一定作用，故綜合可將鐵液硫含量控制在0.06%～0.12%。沖天爐熔煉過程中磷量的控制主要是從金屬爐料著手，鐵液含磷量在0.03%左右。

4　結論

(1)35 t/h熱風水冷富氧長爐齡沖天爐熔煉具有如下工藝特點：自動配料、熱風供應、爐氣分析、富氧送風等。

(2)沖天爐熔煉所獲得的鐵液質量好，碳含量穩定且石墨形態良好，硅、錳燒損較低，硫、磷含量合適，鐵液出爐溫度高。

參考文獻

[1] 任樹勇，鄭喜龍. 沖天爐熔煉特點與技術應用[C]. 第十二屆全國鑄造年會暨2011中國鑄造活動周論文集,2011.

[2] 錢立. 沖天爐的優質熔煉問題[J].鑄造,2013(6).

[3] 喬進國，李孝艷，王安家，莊肅棟.35 t/h熱風水冷長爐齡沖天爐及其應用[J].中國鑄造裝備與技術 ,2014(1).

[4] 于海生,王安家,喬進國,葛世超. 沖天爐穩定熔煉優質鐵液的工藝控制要點[J]. 中國鑄造裝備與技術,2009(2).

業界資訊 Information

大連理工大學舉辦“永冠杯”大學生鑄造工藝設計大賽校內選拔賽

“永冠杯”第七屆中國大學生鑄造工藝設計大賽是由中國機械工程學會鑄造分會、教育部高等學校機械學科教學指導委員會、中國機械工業教育協會、鑄造行業生產力促進中心等單位聯合主辦的國家級比賽。大賽目的在于鼓勵在校學生學習鑄造專業知識，提高實際操作技能，為學生提供社會實踐活動的平臺，為就業創造有利的條件和機會。

為了相應大賽號召、提高科技創新水平，鼓勵在校學生學習鑄造專業知識，選拔優秀參賽作品，大連理工大學材料科學與工程學院舉辦了“永冠杯”第七屆中國大學生鑄造工藝設計大賽的校內選拔賽。經過一個多月的宣傳，數十支參賽隊伍報名參加比賽，為了讓參賽選手更充分的了解大賽意義內容和比賽經驗，他們舉辦了鑄造大賽啟動大會和宣講會。

第一場宣講會于2015年12月16日材料館213舉行。首先，王同敏教授跟大家細致又不失風趣地介紹了“永冠杯”的比賽來歷、參賽規則及要求。王老師表示：“從2009年至今“永冠杯”鑄造工藝設計大賽報名人數越來越多，含金量也越來越高，大連理工大學曾經多次在大賽中取得一、二等獎的好成績，希望大家在今年的比賽中能夠再創佳績。”

王桂芹教授講解了材料成型工藝的專業知識以及鑄造工藝所學知識的具體應用，還強調了工藝圖的重要性以及鑄造工藝設計的基本步驟

劉兵老師結合本屆大賽本科生組的A、B、C、D四個命題鑄件向大家介紹了“永冠杯”今年和之前幾年的區別以及工作步驟。

第二場宣講會于12月17日晚6點在材料館307舉行，與第一次宣講會不同的是本次宣講會以沙龍的形式開展，大家聚集在材料管的教室來聆聽三位學長寶貴的經驗。

通過兩次宣講會與經驗交流會，參賽的同學們已經對本次大賽有了一個比較全面的了解，也獲得了一些參賽的經驗。

（摘自中國機械工程學會鑄造分會官網）

Melting process feature of 35 t/h hot-blast cupola and control the quality of liquid iron

YU ZiHai, BAO JunMin, DU JiZhu, QIAO JinGuo
（Weichai Power(Weifang) Casting & Forging Co.,Ltd., Weifang 261100, Shandong, China ）

Abstract:The key construction of a 35 t/h hot-blast cupola used for iron melting was introduced. The melting process features of hot-blast cupola were automatic scrap batching, hot air supply, gas analyzer. The temperature of liquid iron can be stabilized at 1 500～1 550 ℃. The composition of the liquid iron is stable. The gray cast iron has better graphite morphology.

Keywords:hot-blast cupola; melting process; quality of liquid iron

作者簡介：于子海（1967—），男，主要從事鑄造熔煉工藝技術工作.

收稿日期:2015- 09- 02

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .01 6

中圖分類號：TG243+.1；

文獻標識碼：A；

文章編號:1 006-9 658（201 6）01 -0046- 03

稿件編號:1509- 1054