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1、第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目二、铸铁熔炼二、铸铁熔炼 铸铸铁铁熔熔炼炼是是铸铸铁铁件件生生产产的的首首要要环环节节，也也是是决决定定铸铸铁铁件件质质量量的的一一项项重重要要因因素素。它它的的基基本本任任务务是是提提供供成成分分和和温温度度符符合合要要求求，非非金金属属夹夹杂杂物物与与气气体体含含量少的优质铁液。量少的优质铁液。对对铸铸铁铁熔熔炼炼的的基基本本要要求求可可概概括括为为优优质质、高高产产、低低耗耗、长长寿寿与与简简便便等等
2、五五个个方方面面，即即铁铁液液质质量量高高、熔熔化化速速度度快快、熔熔炼炼耗耗费费少少，炉炉衬衬寿寿命命长长及及操操作作条条件好。件好。铸铸铁铁熔熔炼炼可可以以用用冲冲天天炉炉、非非焦焦化化铁铁炉炉、电电炉炉、反反射射炉炉、坩坩锅锅或或冲冲天天炉炉与与电电炉炉双双联联等等方方法法，其其中中以冲天炉熔炼的应用最为广泛。以冲天炉熔炼的应用最为广泛。1第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目1.1.冲天炉的结构（图冲天炉的结构（图3-123-12）冲天
3、炉的类型很多，但基本结构大体相冲天炉的类型很多，但基本结构大体相同。常用的冲天炉由四部分组成：炉底部分、同。常用的冲天炉由四部分组成：炉底部分、炉身部分（包括送风系统）、前炉部分、炉炉身部分（包括送风系统）、前炉部分、炉顶部分（烟囱及除尘系统）。顶部分（烟囱及除尘系统）。2第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图3 3-1212 冲天炉结构简图冲天炉结构简图 11炉脚炉脚 2 2炉底板炉底板 3 3炉底门炉底门 4 4风口窥视孔风口窥视孔 5
4、 5风箱风箱 6 6耐火砖耐火砖 77加料口加料口 8 8烟囱烟囱 9 9除尘器除尘器 1010风口风口 11 11过桥过桥 12 12前炉盖前炉盖 1313前炉窥视孔前炉窥视孔 14 14出渣口及出渣槽出渣口及出渣槽 1515出铁口及出铁槽出铁口及出铁槽 3第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 2 2.冲天炉操作工艺冲天炉操作工艺 冲天炉的操作工艺冲天炉的操作工艺是决定冲天炉工作效果的基本因素。它包括是决定冲天炉工作效果的基本因素。它包括燃
5、料与原材料的选用、操作参数的选定、操燃料与原材料的选用、操作参数的选定、操作过程中各环节控制等方面的内容。作过程中各环节控制等方面的内容。4第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 （1 1）炉料的准备）炉料的准备 冲天炉的炉料由金属料、燃冲天炉的炉料由金属料、燃料及熔剂等组成。料及熔剂等组成。金金属属料料有有新新生生铁铁、回回炉炉铁铁、废废钢钢及及铁铁合合金金等等。所所有有金金属属料料的的质质量量必必须须符符合合规规定定要要求求，不不同同成成分
6、分的的金金属属料料应应分分类类管管理理，防防止止相相互互混混杂杂。使使用用前前应应除除污污去去锈锈并并破破碎碎。新新生生铁铁、回回炉炉铁铁、废废钢钢等等金金属属料料的的料料块块最最大大尺尺寸寸不不应应超超过过炉炉径径的的1/31/3，重重量量不不应应超超过过批批料料重重的的1/101/101/201/20，废废钢钢屑屑应应压压成成团团块块后后使使用用，以以防防氧氧化化。铁铁合合金金的的块块度度以以404080mm80mm为为宜宜。块块度度过过大大，易造成成分不均；块度过小，易串料。易造成成分不均；块度过小，易串料。焦焦炭炭的的质质量量和和块块度度大大小小对对熔熔炼炼质质量量有有很很大大的的影影
7、响响，必必须须符符合合规规定定。用用于于底底焦焦的的块块度度应应大大些些，以以100100150mm150mm为为宜宜，层层焦可小些。焦可小些。冲冲天天炉炉造造渣渣用用的的熔熔剂剂有有石石灰灰石石（CaCOCaCO3 3）、氟氟石石（CaFCaF2 2）等等。熔剂的块度一般为熔剂的块度一般为202050mm50mm。5第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 （2 2）修炉与烘炉）修炉与烘炉 一般冲天炉，每开一次炉、一般冲天炉，每开一次炉、炉衬都
8、要受到很大的侵蚀和损坏，在下一次开炉前必炉衬都要受到很大的侵蚀和损坏，在下一次开炉前必须进行修理。须进行修理。修修炉炉时时，先先铲铲除除炉炉壁壁上上的的残残渣渣挂挂铁铁，然然后后刷刷上上耐耐火火泥泥浆浆水水，将将事事先先混混制制好好的的耐耐火火泥泥和和硅硅砂砂混混和和料料覆覆上上，用用木木锤锤打打实实。修修好好的的炉炉壁壁必必须须紧紧实实，尺尺寸寸正正确确，表表面面光光滑滑。风风口口的的位位置置、尺尺寸寸和和斜斜度度必必须须完完全全符符合合图图纸纸要要求求。最最后后，合合上上炉炉底底门门，先先放放一一层层干干砂砂，再再放一层型砂，分别均匀捣实，其厚度为放一层型砂，分别均匀捣实，其厚度为2002
9、00350mm350mm。修修炉炉完完毕毕，用用木木柴柴或或烘烘干干器器慢慢火火充充分分烘烘干干前前、后后炉。前炉必须烘透，以保证铁液温度。炉。前炉必须烘透，以保证铁液温度。6第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 （3 3）点火与加底焦）点火与加底焦 烘炉后，加入木柴，引烘炉后，加入木柴，引火点着，并打开主风口、出铁口、出渣口。待点火火点着，并打开主风口、出铁口、出渣口。待点火木柴全部燃着后，加入质量分数为木柴全部燃着后，加入质量分数为404
10、0%的底焦，待全的底焦，待全部燃着后，从风口将底焦捣实，再加入质量分数为部燃着后，从风口将底焦捣实，再加入质量分数为4040%的底焦，鼓风几分钟，并测量底焦高度，再加入的底焦，鼓风几分钟，并测量底焦高度，再加入剩余焦炭，调整底焦至规定高度。这里所谓的底焦，剩余焦炭，调整底焦至规定高度。这里所谓的底焦，是指装入金属料以前加入炉内的全部焦炭量；而底是指装入金属料以前加入炉内的全部焦炭量；而底焦高度则是从第一排风口中心线，至底焦顶面为止焦高度则是从第一排风口中心线，至底焦顶面为止的那一段高度，炉缸内的底焦量不包括在底焦高度的那一段高度，炉缸内的底焦量不包括在底焦高度内。内。7第三章第三章 铸造合金及
11、其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 （4 4）装料与开风）装料与开风 加完底焦后，加入石灰加完底焦后，加入石灰石，其加入量为批料中石灰石量的两倍。然后石，其加入量为批料中石灰石量的两倍。然后加入一批金属料，以后的加料顺序为焦炭、熔加入一批金属料，以后的加料顺序为焦炭、熔剂、废钢、新生铁、铁合金、回炉铁。批料中剂、废钢、新生铁、铁合金、回炉铁。批料中石灰石的加入量约为层焦重量的石灰石的加入量约为层焦重量的2020%5050%。批。批料应一直加到加料口的下沿为止，并在
12、熔化过料应一直加到加料口的下沿为止，并在熔化过程中，使料柱始终保持这一高度。程中，使料柱始终保持这一高度。8第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 层层焦焦的的作作用用是是补补充充底底焦焦的的消消耗耗，以以维维持持底底焦焦高高度度不不变变。当当层层焦焦不不能能补补充充底底焦焦的的消消耗耗时时，每每隔隔若若干干批批料料可可多多加加一一批批层层焦焦，这这层层焦焦炭炭称称为为补补焦焦或或接接力力焦焦。如如果果发发现现铁铁液液温温度度超超出出正正常常温
13、温度度而而熔熔化化速速度度降降低低，则则可可能能是是底底焦焦高高度度过过高高。反反之之，则则可可能能是是底底焦焦高高度过低。度过低。装料完毕后，自然通风装料完毕后，自然通风30min30min左右，即可左右，即可开风。开风时，仍应打开部分风口，待鼓开风。开风时，仍应打开部分风口，待鼓风机运转正常后方可关闭，以免一氧化碳风机运转正常后方可关闭，以免一氧化碳积聚引起爆炸。积聚引起爆炸。9第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 （5 5）熔化与出渣）
14、熔化与出渣 在正常熔化过程中，在正常熔化过程中，应严格控制风量、风压、不得随意停风。按应严格控制风量、风压、不得随意停风。按规定及时取样，测量铁液温度、风量、风压、规定及时取样，测量铁液温度、风量、风压、风温等。经常观察风口、出渣口、出铁口、风温等。经常观察风口、出渣口、出铁口、加料口，注意铁液、炉渣质量，风量、风压、加料口，注意铁液、炉渣质量，风量、风压、三角试块白口变化。及时发现和排除故障，三角试块白口变化。及时发现和排除故障，保证熔化正常。应按时打开出渣口出渣，一保证熔化正常。应按时打开出渣口出渣，一般每隔般每隔30304545min出一次渣。出一次渣。10第三章第三章 铸造合金及其熔炼
15、铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 从炉渣的颜色、状态可以判断冲天炉的从炉渣的颜色、状态可以判断冲天炉的熔化质量。观察酸性冲天炉炉渣时，一般熔化质量。观察酸性冲天炉炉渣时，一般用铁棒蘸些炉渣，抽拉成丝，在亮处观察。用铁棒蘸些炉渣，抽拉成丝，在亮处观察。炉况正常的炉渣为黄绿色玻璃状。炉渣呈炉况正常的炉渣为黄绿色玻璃状。炉渣呈深咖啡色，说明铁液含硫偏高；炉渣上带深咖啡色，说明铁液含硫偏高；炉渣上带白道或白点，说明石灰石加入量过多；炉白道或白点，说明石灰石加入量过多；炉渣呈黑
16、色玻璃状，致密、密度大，说明铁渣呈黑色玻璃状，致密、密度大，说明铁液已严重氧化。液已严重氧化。11第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目（6）停风与打炉）停风与打炉 停风前应根据铁液需求量和停风前应根据铁液需求量和存铁量估算好正常投炉批料数；正常加料完毕存铁量估算好正常投炉批料数；正常加料完毕后应加二批打炉料。停料后，应适当降低风量、后应加二批打炉料。停料后，应适当降低风量、风压、保证最后几批料的熔化质量。前炉存铁风压、保证最后几批料的熔化质量
17、。前炉存铁量足够时即可停风，待后炉铁液出完后即可打量足够时即可停风，待后炉铁液出完后即可打炉。对于热风炉胆冲天炉，打炉时不能停风，炉。对于热风炉胆冲天炉，打炉时不能停风，以冷却炉胆。以冷却炉胆。打炉前，应在炉底铺上干砂不能有积水或潮湿。打炉前，应在炉底铺上干砂不能有积水或潮湿。打开炉底门，用铁棒将底焦和未熔炉料捅下，打开炉底门，用铁棒将底焦和未熔炉料捅下，用水浇灭。用水浇灭。12第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3 3.冲天炉熔炼的一般过程
18、冲天炉熔炼的一般过程 冲天炉熔炼的一般过程是：冲天炉熔炼的一般过程是：冲天炉开风后，由风口进入炉内的空气与底焦发生燃冲天炉开风后，由风口进入炉内的空气与底焦发生燃烧反应，产生热量。由此而生成的高温炉气穿过炉料烧反应，产生热量。由此而生成的高温炉气穿过炉料向上流动，对炉料加热，并使底焦顶面上的第一批金向上流动，对炉料加热，并使底焦顶面上的第一批金属炉料熔化。熔化的铁滴，在穿过底焦层缝隙下落过属炉料熔化。熔化的铁滴，在穿过底焦层缝隙下落过程中，被高温炉气和炽热的焦炭进一步过热，然后经程中，被高温炉气和炽热的焦炭进一步过热，然后经炉缸和过桥流入前炉。随着底焦的燃烧损耗和金属炉炉缸和过桥流入前炉。随着
19、底焦的燃烧损耗和金属炉料的熔化，料层逐渐下降，由层焦补偿底焦，批料不料的熔化，料层逐渐下降，由层焦补偿底焦，批料不断熔化，使熔炼过程连续进行。在炉气的热作用下，断熔化，使熔炼过程连续进行。在炉气的热作用下，石灰石分解成二氧化碳和石灰。后者与焦炭中的灰分石灰石分解成二氧化碳和石灰。后者与焦炭中的灰分和侵蚀的炉衬结合成低熔点的炉渣。在炉气、焦炭和和侵蚀的炉衬结合成低熔点的炉渣。在炉气、焦炭和炉渣的作用下，金属的化学成分发生一系列变化，得炉渣的作用下，金属的化学成分发生一系列变化，得到最终化学成分的铁液。到最终化学成分的铁液。13第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级
20、)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目4 4.冲天炉熔炼基本原理冲天炉熔炼基本原理 由上述冲天炉熔由上述冲天炉熔炼的一般过程可知，冲天炉熔炼是由底焦燃炼的一般过程可知，冲天炉熔炼是由底焦燃烧、热量交换和冶金反应三个基本过程组成。烧、热量交换和冶金反应三个基本过程组成。（1）底焦燃烧）底焦燃烧 1 1）氧化带和还原带）氧化带和还原带 冲天炉内的燃烧过冲天炉内的燃烧过程是在底焦中进行的，根据焦炭燃烧的化程是在底焦中进行的，根据焦炭燃烧的化学反应，可将底焦燃烧划分为氧化带、还学反应，可将底焦燃烧划分为氧化带、还原带两个
21、反应区段，见图原带两个反应区段，见图3 3-1313。14第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图3 3-1313 冲天炉熔炼过程原理图冲天炉熔炼过程原理图 15第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目氧化带氧化带从主排风口到自由氧基本耗尽，从主排风口到自由氧基本耗尽，二氧化碳浓度达到最大值的区
22、域。该区域发二氧化碳浓度达到最大值的区域。该区域发生下列反应：生下列反应：C+O2=CO2+Q1C+1/2O2=CO+Q2CO+1/2O2=CO2+Q316第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 以上均为氧化放热反应，根据上述反应及以上均为氧化放热反应，根据上述反应及图图3 3-1313可见，在氧化带内：可见，在氧化带内：焦焦炭炭燃燃烧烧生生成成的的炉炉气气，既既有有二二氧氧化化碳碳，也也有有一一氧化碳，但主要是二氧化碳。氧化碳，但主要是二氧化
23、碳。从从主主排排风风口口开开始始，随随着着炉炉气气的的上上升升，反反应应不不断断进进行行，炉炉气气中中的的氧氧逐逐渐渐减减少少，二二氧氧化化碳碳不不断断增增加加。当当上上升升到到氧氧化化带带顶顶面面时时，炉炉气气的的氧氧基基本本耗耗尽，氧化反应终止，二氧化碳达到最高值。尽，氧化反应终止，二氧化碳达到最高值。由由于于上上述述反反应应放放出出大大量量的的热热量量，因因此此上上升升的的炉炉气气温温度度也也不不断断增增高高，并并于于氧氧化化带带顶顶面面达达到到最最高高点。点。17第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后
24、药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目还原带还原带从氧化带顶面至炉气中二氧化碳从氧化带顶面至炉气中二氧化碳和一氧化碳含量基本不变的区域。该区域中，和一氧化碳含量基本不变的区域。该区域中，二氧化碳与高温的焦炭发生还原吸热反应：二氧化碳与高温的焦炭发生还原吸热反应：CO2+C=2CO-Q4 18第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图3-133-13表明，在还原带内：表明，在还原带内：随随着着还还原原反反应应的的不不断
25、断进进行行，炉炉气气中中的的二二氧氧化化碳碳逐逐渐渐减减少少，一一氧氧化化碳碳不不断断增增加加，炉炉气气温温度度随随之之下降。下降。当当炉炉气气上上升升到到底底焦焦顶顶面面时时，与与下下降降的的金金属属铁铁料料和和层层焦焦相相遇遇，由由于于熔熔化化金金属属料料，预预热热焦焦炭炭使使炉炉气气温温度度继继续续下下降降。此此时时，还还原原反反应应也也基基本本停停止止，二氧化碳和一氧化碳的含量不再改变。二氧化碳和一氧化碳的含量不再改变。还还原原带带以以上上到到加加料料口口下下沿沿，炉炉气气在在上上升升中中成成分分不再变化，温度因预热炉料而不断下降。不再变化，温度因预热炉料而不断下降。19第三章第三章
26、铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 2 2）燃烧系数）燃烧系数 在炉气中，二氧化碳的比例愈大，在炉气中，二氧化碳的比例愈大，焦炭的燃烧就愈完全，焦炭的热能就愈得到充分利用。焦炭的燃烧就愈完全，焦炭的热能就愈得到充分利用。同时表明炉气的氧化性也愈高，炉气中二氧化碳和一同时表明炉气的氧化性也愈高，炉气中二氧化碳和一氧化碳的比例关系通常用燃烧系数氧化碳的比例关系通常用燃烧系数v表示：表示：式中式中 CO2、CO分别为炉气中分别为炉气中CO2和和CO的体积分数的
27、体积分数%。v愈大，焦炭的燃烧愈完全。但是，为了减少愈大，焦炭的燃烧愈完全。但是，为了减少硅、锰等元素的氧化烧损，保证铁液冶金质量，炉硅、锰等元素的氧化烧损，保证铁液冶金质量，炉气中要有一定数量的一氧化碳。所以，燃烧系数也气中要有一定数量的一氧化碳。所以，燃烧系数也不能太高。不能太高。20第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3 3）炉气分布）炉气分布 炉气在冲天炉炉气在冲天炉内的分布是很不均内的分布是很不均匀的。炉气在上升匀的。炉气在上升过程
28、中有自动趋于过程中有自动趋于沿炉壁流动的倾向，沿炉壁流动的倾向，这种现象称为炉壁这种现象称为炉壁效应。见图效应。见图3 3-1414。图图3-14 冲天炉内炉气分布示意图冲天炉内炉气分布示意图a）炉气沿炉膛纵截面分布）炉气沿炉膛纵截面分布 b）炉气沿炉膛横截面分布）炉气沿炉膛横截面分布21第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 炉炉壁壁效效应应是是由由于于炉炉内内阻阻力力不不均均匀匀造造成成的的。由由炉炉料料与与炉炉壁壁形形成成的的通通道道，因
29、因炉炉壁壁平平滑滑、行行程程短短、曲曲折折少少，阻阻力力也也就就小小，因因而而炉炉壁壁附附近近的的炉炉气气流流量量大大，流流速速高高；而而炉炉料料之之间间的的气气流流通通道道，由由于于炉炉料料互互相相楔楔合合，曲曲折折多多、流流程程长长，阻阻力力也也就就大大，因因而而在在炉炉子子中中心心部部位位炉炉气气流流量量小小，流流速速低低。致致使炉气自动趋于沿炉壁流动。见图使炉气自动趋于沿炉壁流动。见图2-7a。在在冲冲天天炉炉横横截截面面上上，见见图图2-7b，在在风风口口前前缘缘，因因空空气气流流速速高高，流流量量大大，形形成成了了强强烈烈的的燃燃烧烧区区，而而在在两两个个风风口口之之间间的的区区域
30、域空空气气量量少少，形形成成“死死区区”A。此此外外，因因焦焦炭炭块块的的阻阻力力，使使空空气气难难以以深深入炉子中心，因而亦形成入炉子中心，因而亦形成“死区死区”B。22第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 这这种种炉炉气气分分布布的的不不均均匀匀，直直接接造造成成底底焦焦燃燃烧烧不不均均匀匀，炉炉温温分分布布不不均均匀匀，给给熔熔炼炼带带来来不不利利影影响响。如如：不不易易形形成成集集中中的的高高温温区区，不不利利于于铁铁液液过过热热；铁
31、铁料料熔熔化化不不均均匀匀，料料柱柱不不能能平平稳稳下下降降，容容易易混混料料，影影响响铁铁液液成成分分；增增大大炉炉壁壁的的散散热热损损失失，降降低低炉炉子子的的热热效效率率；加加速速炉炉衬衬侵侵蚀蚀。因因而而，应应设设法法防防止止或或改改善善。可可采采用用适适当当增增大大焦焦炭炭块块度度，改改变变送送风风方方式式（小小风风口口送送风风、中中央央送送风风、插插入入式式送送风风等等），采用曲线炉膛等措施。，采用曲线炉膛等措施。23第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已
32、经展开了“精准扶贫”项目（2 2）热量交换）热量交换 冲天炉的热量交换是在冲天炉的热量交换是在高温炉气向上运动，固体炉料和液态铁高温炉气向上运动，固体炉料和液态铁液向下运动的过程中进行的。根据炉气液向下运动的过程中进行的。根据炉气温度和炉料、铁液的受热状态，可将冲温度和炉料、铁液的受热状态，可将冲天炉纵向划分为预热区、熔化区、过热天炉纵向划分为预热区、熔化区、过热区和炉缸区四个区域，见图区和炉缸区四个区域，见图3 3-1313。24第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，
33、已经展开了“精准扶贫”项目图图3 3-1313 冲天炉熔炼过程原理图冲天炉熔炼过程原理图 25第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 1）预预热热区区 从从加加料料口口下下沿沿料料面面到到铁铁料料开开始始熔熔化化这这段段高高度度为为预预热热区区。预预热热区区的的炉炉料料在在下下降降过过程程中中，与与上上升升的的炉炉气气之之间间的的热热交交换换方方式式以以对对流流为为主主，金金属料逐渐被加热至熔化温度。属料逐渐被加热至熔化温度。预预热热区区高高度
34、度受受有有效效高高度度、底底焦焦高高度度、炉炉内内料料面面的的实实际际位位置置、炉炉料料块块度度、炉炉料料下下落落速速度度、炉炉气气分分布布、铁铁焦焦比比等等许许多多因因素素的的影影响响，波波动动很很大大。其其中中金金属属料料的的块块度度特特别别重重要要。金金属属料料的的块块度度愈愈大大，预预热热所所需需的的时时间间愈愈长长，预预热热区区高高度度愈愈大大，严严重重时时金金属属料料块块可可能能进进入入风风口口区区，造造成成“落落生生”现现象象，妨妨碍碍冲冲天天炉炉的的正正常常操操作作。因因此此应应限限制制金金属属料料的的块块度度。但但金属料的块度也不能过小，以免造成严重氧化。金属料的块度也不能过
35、小，以免造成严重氧化。26第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 2 2）熔化区）熔化区 从铁料开始熔化到熔化完从铁料开始熔化到熔化完毕，这一区域叫熔化区，实际上也就是毕，这一区域叫熔化区，实际上也就是底焦顶面高度的波动范围。熔化区内炉底焦顶面高度的波动范围。熔化区内炉气与铁料之间的热交换方式仍以对流为气与铁料之间的热交换方式仍以对流为主。主。27第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原
36、因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 受受炉炉壁壁效效应应的的影影响响，熔熔化化区区炉炉气气与与温温度度分分布布是是不不均均匀匀的的，靠靠近近炉炉壁壁处处温温度度比比炉炉子子中中心心高高，所所以以，熔熔化化区区不不是是一一个个平平面面区区带带，而而是是呈呈中中心心下下凹凹的曲面。见图的曲面。见图3-15。1熔化区上沿熔化区上沿2熔化区下沿熔化区下沿图图3 3-1515 熔化区形状熔化区形状 28第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对
37、扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 由于预热区的高度变动大，使熔化区由于预热区的高度变动大，使熔化区的开始位置也随之有较大的波动。熔化的开始位置也随之有较大的波动。熔化区本身的高度则受到炉气与温度分布、区本身的高度则受到炉气与温度分布、焦炭烧失速度、批料重量、炉料块度等焦炭烧失速度、批料重量、炉料块度等因素的影响。这些因素的变动，使铁料因素的影响。这些因素的变动，使铁料的受热面积、受热时间和受热强度发生的受热面积、受热时间和受热强度发生改变，从而造成熔化区高度的较大波动。改变，从而造成熔化区高度的较大波动。29第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认
38、识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 3 3）过热区）过热区 铁料熔化后铁液滴在下落铁料熔化后铁液滴在下落过程中，与炽热的焦炭和高温炉气相接过程中，与炽热的焦炭和高温炉气相接触，温度进一步提高，称为过热。铁液触，温度进一步提高，称为过热。铁液经过的这一区域称为过热区。过热区内经过的这一区域称为过热区。过热区内的热交换方式以接触传导传热为主。焦的热交换方式以接触传导传热为主。焦炭表面燃烧温度对热交换效果有着重要炭表面燃烧温度对热交换效果有着重要影响，所以，强化底焦的燃烧和提高底影响，所以，强化底焦的燃烧和提高底焦高度
39、，是提高过热效果和铁液温度的焦高度，是提高过热效果和铁液温度的关键措施。关键措施。30第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 4 4）炉缸区）炉缸区 炉缸区是指过热区以下至炉炉缸区是指过热区以下至炉底的部分。炉缸区内的热交换方式与过热区底的部分。炉缸区内的热交换方式与过热区相似。在一般操作情况下，炉缸区内无空气相似。在一般操作情况下，炉缸区内无空气供给，焦炭几乎不燃烧，所以，高温铁液流供给，焦炭几乎不燃烧，所以，高温铁液流过炉缸区时温度是下降的
40、。而且，炉缸愈深，过炉缸区时温度是下降的。而且，炉缸愈深，降温愈大。在冲天炉熔炼过程中，适当的开降温愈大。在冲天炉熔炼过程中，适当的开渣口或前炉放气口操作，部分空气进入炉缸，渣口或前炉放气口操作，部分空气进入炉缸，使炉缸内的焦炭燃烧发热，有利于提高铁液使炉缸内的焦炭燃烧发热，有利于提高铁液的温度。但此方法控制不当，易增加合金元的温度。但此方法控制不当，易增加合金元素的氧化和烧损。素的氧化和烧损。31第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目（3 3
41、）冶金反应）冶金反应 金属炉料在熔炼过程中，金属炉料在熔炼过程中，与炉气、焦炭、炉渣相接触，发生一系列与炉气、焦炭、炉渣相接触，发生一系列冶金反应，引起铁液化学成分的变化。冶金反应，引起铁液化学成分的变化。1）造造渣渣 熔熔炼炼过过程程中中，焦焦炭炭的的灰灰分分、铁铁料料表表面面的的铁铁锈锈、粘粘附附的的泥泥砂砂、金金属属元元素素烧烧损损形形成成的的氧氧化化物物以以及及侵侵蚀蚀的的炉炉衬衬等等会会发发生生相相互互作作用用，结结成成炉炉渣渣，其其主主要要成成分分是是SiO2、CaO和和Al2O3。这这种种炉炉渣渣粘粘度度很很高高，包包覆覆在在焦焦炭炭表表面面，不不仅仅阻阻碍碍燃燃烧烧，而而且且不
42、不利利于于冶冶金金反反应应的的顺顺利利进进行行。必必须须采采用用熔熔剂剂稀稀释释炉炉渣渣，以以便便其顺利排出。其顺利排出。32第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 常用的熔剂主要是石灰石，造渣的常用的熔剂主要是石灰石，造渣的化学反应为：化学反应为：石灰石分解石灰石分解 CaCO3=CaO+CO2-Q5生成硅酸盐生成硅酸盐 CaO+SiO2=CaSiO3+Q6冲天炉炉渣的化学成分如表冲天炉炉渣的化学成分如表3 3-7 7所示。所示。表表3-73
43、-7冲天炉炉渣成分（质量分数）冲天炉炉渣成分（质量分数）（%）33第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 组成炉渣的氧化物，按其化学性质的不同组成炉渣的氧化物，按其化学性质的不同可分为酸性可分为酸性(SiO2(SiO2、P2O5)P2O5)，碱性（，碱性（CaOCaO、MgOMgO、MnOMnO、FeOFeO）和中性（）和中性（Al2O3Al2O3）三种。而炉渣的）三种。而炉渣的性质则取决于其所含各种氧化物的含量的对性质则取决于其所含各种氧化物
44、的含量的对比关系。炉渣的性质通常用炉渣碱度来衡量，比关系。炉渣的性质通常用炉渣碱度来衡量，计算公式为：计算公式为：式中式中 CaO%、MgO%、SiO2 2%分别为分别为炉渣中该组分的质量分数。炉渣中该组分的质量分数。34第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目表表3 3-8 8为炉渣性质。为炉渣性质。表表3-8炉渣性质炉渣性质 35第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症
45、下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 冲天炉熔炼过程中的造渣，不仅能消除炉冲天炉熔炼过程中的造渣，不仅能消除炉料中的杂质和焦炭表面的灰渣，加速燃烧反料中的杂质和焦炭表面的灰渣，加速燃烧反应，而且，炉渣也直接参加冶金反应，影响应，而且，炉渣也直接参加冶金反应，影响铁液的化学成分。如酸性炉渣可减少硅的烧铁液的化学成分。如酸性炉渣可减少硅的烧损，碱性炉渣可减少锰的烧损和降低铁液的损，碱性炉渣可减少锰的烧损和降低铁液的硫、磷含量。硫、磷含量。除观察炉渣的颜色、状态外，对炉渣进行除观察炉渣的颜色、状态外，对炉渣进行化学分析能更直接地判断冲天炉熔炼状况。化学分析能更
46、直接地判断冲天炉熔炼状况。如铁液氧化严重时，渣中的如铁液氧化严重时，渣中的FeOFeO量就会明显增量就会明显增多。多。36第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目2 2）熔炼过程中铁液化学成分的变化）熔炼过程中铁液化学成分的变化 碳碳量量的的变变化化。冲冲天天炉炉熔熔炼炼过过程程中中铁铁液液含含碳碳量量的的变变化化，是是炉炉内内渗渗碳碳与与脱脱碳碳两两个个过过程程的的综综合合结结果果。渗渗碳碳过过程程主主要要是是焦焦炭炭中中的的碳碳不不断断溶溶入
47、入铁铁液液，并并在在铁铁液液中中扩扩散散的的过过程程，主主要要发发生生在在金金属属炉炉料料熔熔化化以以后后，直直至至铁铁液液排排出出炉炉缸缸为为止止的的整整个个底底焦焦层层内内。脱脱碳碳过过程程主主要要是是金金属属炉炉料料熔熔化化及及熔熔化化以以后后，在在炉炉气气中中O2和和CO2作作用用下下碳碳的的氧氧化化烧烧损损过过程程，脱脱碳碳过过程程从从预预热热区区中中部部开开始始至至炉炉缸缸底底部部区区域域，在在过过热热区区最最为强烈，炉缸区内很弱。为强烈，炉缸区内很弱。(高高P104)铸铸铁铁在在冲冲天天炉炉熔熔炼炼过过程程中中，渗渗碳碳和和脱脱碳碳的的结结果果是是铁铁液液的的含含碳碳量量增增加加
48、。影影响响铁铁液液含含碳碳量量的的主主要要因因素素有有：炉炉料料的的化学成分、焦炭、供风条件、炉渣及炉子结构等。化学成分、焦炭、供风条件、炉渣及炉子结构等。37第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 金属元素含量的变化。金属元素含量的变化。在冲天炉熔炼过程中，在冲天炉熔炼过程中，由于炉气呈氧化性，硅、锰和铁等金属元素都会氧由于炉气呈氧化性，硅、锰和铁等金属元素都会氧化烧损。它包括直接氧化烧损和间接氧化烧损。化烧损。它包括直接氧化烧损和间接氧化烧
49、损。直接氧化烧损是指硅、锰和铁等元素与炉气中的直接氧化烧损是指硅、锰和铁等元素与炉气中的O2、CO2直接发生反应所造成的氧化直接发生反应所造成的氧化烧损，其反应烧损，其反应式如下式如下：上上述述六六个个反反应应，除除最最后后一一个个为为吸吸热热反反应应以以外外，其其余余都都是是放放热热反反应应。因因此此，提提高高炉炉温温，有有利利于于减减少少金金属元素的氧化烧损。属元素的氧化烧损。38第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 间接氧化烧损是指硅、
50、锰等元素通过间接氧化烧损是指硅、锰等元素通过FeO氧化烧损，亦是主要的烧损方式。其反应式氧化烧损，亦是主要的烧损方式。其反应式如下：如下：Si+2FeO=SiO2+2Fe Mn+FeO=MnO+Fe 冲冲天天炉炉内内的的氧氧化化烧烧损损主主要要是是在在熔熔化化区区和和过热区内进行的。过热区内进行的。影影响响金金属属元元素素氧氧化化烧烧损损的的主主要要因因素素有有：温温度度、炉炉气气与与金金属属元元素素的的氧氧化化特特性性、金金属属炉炉料及炉渣等。料及炉渣等。39第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(高级高级)认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。