5噸冷風沖天爐熔煉過程成分控制

鐘曉斌，史傳岳，顧厚軍，張 杰

（海安縣萬力鑄造有限公司，江蘇海安 226600）

沖天爐熔煉具有優質、高效、低耗、長壽與操作便利等優點，特別是沖天爐的冶金條件較好。但是沖天爐熔煉過程中，爐況變化非常復雜，鐵液的化學成分、溫度變化較大，這對鑄件的金相組織和力學性能有很大的影響。因此研究沖天爐熔煉過程的參數變化，對于控制鐵液成分和溫度，獲得穩定鑄件機械性能具有重要意義。

1 沖天爐基本結構

我公司配有一臺5 t冷風沖天爐，風機型號為HTD85-22，風量為 85 m3/min（標準狀態下），風壓24.5 Pa，軸功率43.7 kW。電機功率55 kW。送風系統安裝有CFX-1風量風壓檢測儀，隨時檢測風量風壓的變化。沖天爐基本結構（圖1）：爐膛直徑900 mm，2層排風口（直徑分別為46 mm、30 mm），風口排距300 mm。

圖1 沖天爐基本結構

2 原材料的選擇

（1）焦炭的選擇：焦炭的選擇需要考慮焦炭的水分、灰分、含硫量、反應性、氣孔率、揮發物以及焦炭的塊度和硬度。

焦塊過小，會直接影響焦炭的燃燒，使氧化帶過分縮短，擴大了還原區。焦炭塊度越小，單位質量焦炭的表面積越大，燃燒效率越低，CO2和C之間的氣化反應加劇，導致廢氣潛熱損失增加。另外，過小的焦炭還會增加送風阻力，使風不易吹到爐子中心，造成中心燃燒惡化，增加焦耗，降低鐵液溫度。反之，焦炭塊度大，則表面積小，可抑制CO2的還原反應，同時使燃燒比增大。因此，在正常情況下隨焦炭塊度的增大，鐵液溫度呈上升趨勢，但是過大的焦炭塊度將使燃燒不集中，爐氣上升緩慢，風口附近冷區加大，反而造成鐵液溫度下降。我們統一采用山西鑄造焦，其成分見下表1。

表1 山西鑄造焦成分

固焦炭的選擇如下圖2數據,底焦塊度100～150 mm，層焦塊度60～120 mm，同時要求焦炭塊度要均勻。

圖2 焦炭塊度對鐵液增碳的影響

（2）原生鐵的選擇：原生鐵的選擇需要考慮原生鐵中五大元素（C、Si、Mn、S、P）的含量，以及塊度、表面潔凈與否。原生鐵的成分直接影響鐵液成分，從而對鐵液成分穩定有顯著地影響。結合我司生產鑄件要求的化學成分。我們選用遼寧生鐵,其成分見表2。

原生鐵塊度要求由沖天爐熔化率確定，我司取生鐵長15 cm，寬度10 cm，質量20 kg左右，且要求生鐵表面潔凈，無粘附爐渣和砂粒，塊度均勻。

表2 遼寧生鐵成分

（3）廢鋼的選擇：廢鋼的選擇需要考慮廢鋼中五大元素（C、Si、Mn、S、P）的含量，以及塊度、表面潔凈與否。廢鋼主要用于調節鐵液的含碳量，既可以要求它在保證能調節好C的前提下，其他化學成分不能對鐵液產生明顯影響。其成分見表3。

表3 廢鋼的化學成分

根據沖天爐熔化率以及加料口爐膛內徑，廢鋼加工后應滿足每塊質量為10 kg左右，長度不大于1/3加料口爐膛內徑，廢鋼不應過薄，以防氧化，表面沒有嚴重銹蝕和油污，無泥沙，無危險品（如彈殼等）。

（4）回爐鐵：我司產品鑄態狀態下一般都為QT500-7，回爐鐵成分穩定，固只需考慮潔凈程度以及去除砂芯。回爐鐵成分見表4。

表4 回爐鐵的化學成分

根據沖天爐熔化率，確定回爐鐵每塊質量為25 kg左右，最大塊度小于加料口內徑1/3，鐵屑要求打包后使用，每塊質量10 kg左右。同時要求廢料中砂芯應清理干凈，嚴重的表面粘砂也應清理干凈，否則即妨礙爐料的預熱，又增加渣量。

（5）溶劑（石子）：溶劑的作用為造渣，稀釋爐渣，調整爐渣堿度。塊度要求20～60 mm占80%，小于20 mm的占20%左右，超大塊小于15%，同時要求溶劑質地堅硬，斷口純凈，無砂子和粘土夾層。

（6）合金：球化劑的加入量根據每次出鐵量和鐵液含硫量而定。鐵液含硫量與球化劑加入量的關系見表5。孕育劑（75硅鐵）塊度為10～15 mm，表面無粘砂及油污，未受潮，硅偏析小于4%。

（7）耐火材料：修爐用耐火材料為酸性耐火材料，要求有較高的耐火度，修好爐后無裂紋。

表5 原鐵液含硫量與球化劑加入量的關系

3 沖天爐熔煉過程中影響鐵液化學成分穩定的主要因素

（1）原材料的化學成分、塊度應符合生產要求。

（2）采用合適的耐火材料混制工藝，打制成耐火磚，提高爐襯緊實度，保證爐型穩定。

（3）根據生產條件，調節供風量和供風強度，得到最優方案，使沖天爐在最佳工藝點處工作。

（4）采用合理的底焦高度、配料計算并加補焦，維持底焦高度穩定，達到穩定鐵液成分的效果。

（5）備料時合理選用焦炭，確定工藝參數時采用最惠送風量，保證爐溫，從而可以提高熔煉效率，并能減少鐵液中元素的燒損，穩定鐵液成分。

4 操作步驟和過程控制

（1）用自混制的耐火材料打制耐火磚，與用耐火泥修補爐襯相比，可提高其緊實度，保證爐型穩定，從而保證爐溫合適，進而使鐵液化學成分穩定。

（2）確定修爐尺寸，下風眼處爐膛直徑為680 mm，上風眼處爐膛直徑為700 mm，熔化帶處爐膛直徑為900 mm，上風眼直徑為35 mm，下斜5°，下風眼直徑為45 mm，上斜3°。爐底用粘土砂填，與補爐壁交接處，修成R45～50 mm的圓角。爐底以過橋為基準，厚度大于 150 mm，爐底斜度為 5°～6°。爐壁、爐底與過橋的連接處要平滑，以防積存鐵液。

（3）底焦高度為1.8～1.9 m，層焦厚度為140 mm,約40 kg。批量料重按400 kg加入，其中新生鐵220 kg，廢鋼45 kg，回爐鐵（包括鐵屑壓制的鐵球15 kg）135 kg。熔劑12 kg左右。

（4）點火，點燃木柴并添加底焦總量的1/3，待底焦燃燒完全后再加底焦總量的1/2，剩余的底焦在裝料前添加，用來調節底焦高度。

（5）裝料，由于是第一次化鐵，先加25 kg左右的石子，起凈化底焦的作用，然后按配料單依次加入——原生鐵、回爐鐵——廢鋼、硅鐵——石子（批料量），以后依次循環即可。若底焦高度隨熔化過程變低，則需加接力焦，接力焦量為批料層焦量。

（6）熔煉及其控制，從前爐觀察孔處看見有鐵液流進前爐時，關閉觀察孔，打開出渣口，以提高前幾包鐵液溫度。控制好風量、風壓，保證爐子在最佳工藝點附近運行。風量風壓控制見圖3。除放鐵液時防止前爐壓力過大發生危險，其余時間不可隨意停風。每隔3～4包鐵液放渣一次。并時常通風眼，防止送風不足。

圖3 熔煉時間與風量風壓的關系

（7）出鐵，出鐵溫度在1 400℃以上，防止球化過程中鐵液降溫太大，而導致鑄件缺陷。出鐵時取試樣檢驗鐵液成分，以便調整。（每爐前5包鐵液和最后5包鐵液全數取樣化驗鐵液成分，正常熔煉過程每小時取一包鐵液化驗。）表6為連續3爐不同時間段的原鐵液光譜分析化學成分。

表6 原鐵液的化學成分 %

5 結論

選擇合理的原材料化學成分和塊度，提高爐襯緊實度，穩定爐型，采用合理的焦炭和底焦高度，調節風量和風壓，保證爐溫和熔化速度，減少鐵液中元素的燒損，才能獲得穩定的鐵液成分，從而得到優質的鑄件。

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