專利名稱：直燃式熱風(fēng)沖天爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵或鋼的冶煉，特別是涉及一種以焦碳為燃料進(jìn)行生鐵和鑄鐵件生產(chǎn)的直燃式熱風(fēng)沖天爐。
在鑄造生產(chǎn)中，普通沖天爐是將生鐵熔化為鐵液以生產(chǎn)鑄鐵件的一種專門設(shè)備。目前，90％以上的鑄鐵件是通過(guò)沖天爐重熔生鐵進(jìn)行生產(chǎn)的。絕大多數(shù)鑄件的生產(chǎn)路線為鐵礦石→高爐→生鐵→沖天爐→鑄鐵件，從鐵礦石到鑄件要經(jīng)過(guò)兩次高溫過(guò)程。在一般沖天爐中，鑄鐵熔化使用的工藝熱量約占焦炭燃燒放出總熱量的55％-60％，爐氣帶走的物理熱約占5％-8％，爐氣帶走的化學(xué)熱約占30％-35％。
目前由于缺乏合適的爐氣余熱回收技術(shù)，國(guó)內(nèi)大部分沖天爐沒(méi)有回收爐氣余熱，使數(shù)以兆瓦計(jì)的大量能源白白丟失。國(guó)內(nèi)大多數(shù)沖天爐燃燒比一般控制在50％-70％，爐內(nèi)氧化氣氛較強(qiáng)，金屬元素大量燒損。在國(guó)內(nèi)一些利用爐氣余熱的地方一般采用熱風(fēng)爐膽技術(shù)回收爐氣中的物理熱，但熱風(fēng)爐膽技術(shù)回收爐氣中的熱，得到的熱風(fēng)溫度約為200℃左右，熱風(fēng)溫度低，對(duì)改善沖天爐的熔化狀況、提高熱效益意義不大，同時(shí)熱風(fēng)爐膽壽命僅為1500-3000小時(shí)。因此熱風(fēng)爐膽氣熱回收技術(shù)存在很大的缺陷。
國(guó)外使用爐外熱風(fēng)技術(shù)，可以綜合回收爐氣中的化學(xué)熱和物理熱，但爐外技術(shù)需將沖天爐爐氣從加料口以下引到設(shè)置在地面的燃燒器、熱交換器中，構(gòu)成的爐氣熱回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，同時(shí)由于管道較長(zhǎng)、散熱表面積較大的原因，爐氣余熱回收的效率不高。系統(tǒng)造價(jià)高，同樣存在很大的局限性。
沖天爐爐內(nèi)呈氧化性氣氛，不能將鐵礦石中的鐵還原出來(lái)，因而不能使用鐵礦石作爐料生產(chǎn)鑄鐵件。同時(shí)，鋼鐵工業(yè)每年產(chǎn)生數(shù)以百萬(wàn)噸鋼鐵廢料，如鋼鐵切屑、鐵鱗皮、渣鐵、雜鐵等，這些含鐵氧化物廢料一般因其氧化程度高，無(wú)法作為沖天爐爐料使用，其中大部分對(duì)環(huán)境造成了污染。因此可以說(shuō)，普通沖天爐的局限性為只能使用高爐生鐵為爐料，不能直接使用鐵礦石為爐料，造成了能源的大量消耗和鑄件成本的提高，不能使用鋼鐵工業(yè)含鐵氧化物廢料作爐料生產(chǎn)鑄件。
在冶金行業(yè)中，高爐爐內(nèi)還原性氣氛很強(qiáng)，是冶煉鐵礦石獲得生鐵的專門設(shè)備，其生產(chǎn)的鐵水稍作調(diào)整即可澆注鑄鐵件。但是高爐存在的局限性為建造地區(qū)分布的不均勻性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建造成本高、占地面積大、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的工作制度等，另外，高爐的鐵焦比很低，約為2左右。這些問(wèn)題限制了以高爐鐵水直接澆注鑄鐵件的現(xiàn)實(shí)和經(jīng)濟(jì)上的可能性。
有鑒于上述現(xiàn)有的存在的缺陷，本設(shè)計(jì)人基于豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，積極加以研究創(chuàng)新，經(jīng)過(guò)不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出本發(fā)明。
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有沖天爐存在的缺陷，而提供一種新型結(jié)構(gòu)的直燃式熱風(fēng)沖天爐，使其可以克服熱風(fēng)爐膽和爐外熱風(fēng)技術(shù)的局限性，使其在較高的鐵焦比情況下，爐內(nèi)具有很強(qiáng)的還原性氣氛，可以綜合回收爐氣中的化學(xué)熱和物理熱，可以提高冶金性能，可以以鐵礦石和鋼鐵工業(yè)廢料為爐料，經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)鑄鐵件。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的直燃式熱風(fēng)沖天爐，一種直燃式熱風(fēng)沖天爐，其包括有熱風(fēng)管道、爐膛、預(yù)熱段(7)、風(fēng)箱段(8)、前爐(9)、加料機(jī)(10)、、加料口(11)，其特征在于還包括煙囪換熱器(2)，其設(shè)置在燃燒換熱器(4)的上方、燃燒換熱器(4)，經(jīng)過(guò)煙囪換熱器(2)預(yù)熱的沖天爐鼓風(fēng)，通過(guò)預(yù)熱風(fēng)管道(3)進(jìn)入燃燒換熱器(4)；經(jīng)過(guò)燃燒換熱器(4)加熱的沖天爐鼓風(fēng)，通過(guò)熱風(fēng)管道(5)進(jìn)入風(fēng)箱段(8)，供沖天爐焦炭燃燒；由于沖天爐采用較小的有效高度，爐氣逸出爐料時(shí)仍保持較高的溫度，爐氣中的一氧化碳與加料口補(bǔ)充進(jìn)爐氣的空氣混合后，仍保持600℃以上的溫度，設(shè)置在加料口上方的燃燒換熱器中燃燒放出熱量；即在沖天爐內(nèi)，除了焦炭的燃燒外，同時(shí)存在爐氣中一氧化碳的燃燒，爐氣中一氧化碳燃燒產(chǎn)生的熱能通過(guò)加熱鼓風(fēng)反饋給焦碳燃燒，促進(jìn)焦碳燃燒，焦碳燃燒和爐氣燃燒的相互促進(jìn)，使燃燒溫度越來(lái)越高，爐內(nèi)還原性氣氛越來(lái)越強(qiáng)，最終達(dá)到?jīng)_天爐的最佳工作點(diǎn)。
本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的直燃式熱風(fēng)沖天爐，其中所述燃燒換熱器均設(shè)置在加料口的上方，燃燒換熱器與加料口緊密結(jié)合在一起。
前述的直燃式熱風(fēng)沖天爐，其中所述加料口的尺寸根據(jù)爐氣中一氧化碳燃燒需要補(bǔ)充的空氣量而設(shè)計(jì)，一般為普通沖天爐加料口面積的1/3-1/5。
前述的直燃式熱風(fēng)沖天爐，其中所述沖天爐有效高度與爐膛平均直徑的比為3.5-5。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和積極效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明直燃式熱風(fēng)沖天爐不僅熱效率高、冶金性能好，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)造價(jià)低的優(yōu)越性；可以以鐵礦石和鋼鐵工業(yè)廢料為爐料，經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)鑄鐵件。
依據(jù)本發(fā)明的理論、結(jié)構(gòu)和工作原理構(gòu)成的試驗(yàn)沖天爐，以熔煉實(shí)踐證實(shí)了本發(fā)明的科學(xué)性和可行性。
綜上所述，本發(fā)明直燃式熱風(fēng)沖天爐，其不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進(jìn)，且在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，而確實(shí)具有增進(jìn)的功效，從而更加適于實(shí)用，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的發(fā)明。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、原理通過(guò)以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的上述具體實(shí)施例的加料口以下部分的剖面示意圖。
圖3是本發(fā)明的上述具體實(shí)施例的燃燒換熱器和煙囪換熱的部分剖面示意圖。
圖4是圖3中的A向視圖。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的理論、結(jié)構(gòu)和工作原理。
通過(guò)焦碳燃燒理論的有關(guān)計(jì)算可以知道，利用沖天爐爐氣中的物理熱和一氧化碳包含的化學(xué)熱可以將沖天爐鼓風(fēng)加熱到450℃以上，使沖天爐得到高溫?zé)犸L(fēng)。沖天爐高溫爐氣中包含大量的一氧化碳通過(guò)加料口時(shí)，與從加料口補(bǔ)充的空氣混合，具備了良好的燃燒條件，一氧化碳在加料口上方形成火焰燃燒。如果在加料口上方設(shè)置一氧化碳燃燒和爐氣換熱裝置，便可簡(jiǎn)單有效綜合回收沖天爐爐氣余熱。
本發(fā)明的工作原理為由于采用較小的有效高度，爐氣逸出爐料時(shí)仍保持較高的溫度，爐氣中的一氧化碳與加料口補(bǔ)充進(jìn)爐氣的空氣混合后，仍保持600℃以上的溫度，設(shè)置在加料口上方的燃燒換熱器中燃燒放出熱量，因此稱之為直燃熱風(fēng)沖天爐；即本發(fā)明在沖天爐內(nèi)，除了焦炭的燃燒外，同時(shí)存在爐氣中一氧化碳的燃燒。爐氣中一氧化碳燃燒產(chǎn)生的熱能通過(guò)加熱鼓風(fēng)反饋給焦碳燃燒，促進(jìn)焦碳燃燒。焦碳燃燒和爐氣燃燒的相互促進(jìn)，使燃燒溫度越來(lái)越高，爐內(nèi)還原性氣氛越來(lái)越強(qiáng)，最終達(dá)到?jīng)_天爐的最佳工作點(diǎn)。
請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明直燃式熱風(fēng)沖天爐，其由火花捕集器1、煙囪換熱器2、預(yù)熱風(fēng)管道3、燃燒換熱器4、熱風(fēng)管道5、爐氣排出口6、預(yù)熱段7、風(fēng)箱段8、前爐9、加料機(jī)10、加料口11、加料平臺(tái)12、冷卻風(fēng)機(jī)13、鼓風(fēng)管道14、膨脹補(bǔ)償節(jié)15、曲線爐膛16、多排風(fēng)口17、冷風(fēng)風(fēng)箱18、膨脹補(bǔ)償器19、預(yù)熱風(fēng)風(fēng)箱20、蛇形換熱器24、預(yù)熱風(fēng)進(jìn)口26、熱風(fēng)出口27等所組成。
煙囪換熱器2設(shè)置在燃燒換熱器4的上方，煙囪換熱器2、燃燒換熱器4均設(shè)置在加料口11的上方，燃燒換熱器4與加料口11緊密結(jié)合在一起，加料口11的尺寸根據(jù)爐氣中一氧化碳燃燒需要補(bǔ)充的空氣量而設(shè)計(jì)，約為普通沖天爐加料口面積的1/3-1/5，經(jīng)過(guò)給煙囪換熱器2預(yù)熱的沖天爐鼓風(fēng)，通過(guò)預(yù)熱風(fēng)管道3進(jìn)入燃燒換熱器4。經(jīng)過(guò)給燃燒換熱器4加熱的沖天爐鼓風(fēng)，通過(guò)熱風(fēng)管道5進(jìn)入風(fēng)箱段8，供沖天爐焦炭燃燒用。本實(shí)施例的沖天爐有效高度采用與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家沖天爐相近、比國(guó)內(nèi)沖天爐較低的有效高度，一般有效高度與爐膛平均直徑的比為3.5-5。
請(qǐng)參閱圖2所示，爐氣排出口6設(shè)置在加料口11的對(duì)面，冷卻風(fēng)機(jī)13的出風(fēng)口正對(duì)加料口11，當(dāng)沖天爐的熱風(fēng)溫度超過(guò)預(yù)定溫度時(shí)，冷卻風(fēng)機(jī)13啟動(dòng)，將高溫爐氣由爐氣排出口6吹出，以保護(hù)加料口11上方的燃燒換熱器4，延長(zhǎng)其使用壽命。在加料口11的下方設(shè)有曲線爐膛16，曲線爐膛16由普通爐襯材料砌筑形成。曲線爐膛16上設(shè)有多排風(fēng)口17，本實(shí)施例為四排風(fēng)口，實(shí)踐證明，沖天爐使用劣質(zhì)爐料時(shí)，多排風(fēng)口具有較好的熔煉效果。熱風(fēng)管道5中設(shè)有膨脹補(bǔ)償節(jié)15，可以有效減少熱風(fēng)管道5中的熱應(yīng)力，保證管道不致被熱應(yīng)力破壞。沖天爐加料口尺寸按爐氣中一氧化碳燃燒需要補(bǔ)充的空氣量開(kāi)設(shè)，而普通沖天爐一般按加料機(jī)外形輪廓和運(yùn)動(dòng)軌跡開(kāi)設(shè)加料口，本發(fā)明的加料口較普通沖天爐小。
請(qǐng)參閱圖3所示，煙囪換熱器2與普通沖天爐膽結(jié)構(gòu)相似，上部設(shè)有冷風(fēng)風(fēng)箱18、膨脹補(bǔ)償器19，經(jīng)過(guò)預(yù)熱的沖天爐鼓風(fēng)匯集在下部的預(yù)熱風(fēng)風(fēng)箱20，通過(guò)預(yù)熱風(fēng)管道3送到燃燒換熱器4中進(jìn)行進(jìn)一步加熱。預(yù)熱風(fēng)管道3中接有膨脹補(bǔ)償節(jié)15，以保護(hù)預(yù)熱風(fēng)管道3不致被熱應(yīng)力破壞。燃燒換熱器4是最重要的爐氣余熱回收裝置，爐氣中的一氧化碳在其中燃燒放出熱量，其中的蛇形換熱器24可以將預(yù)熱后的沖天爐鼓風(fēng)進(jìn)一步加熱到很高溫度。燃燒換熱器4的外殼由上錐體21、燃燒換熱器壁2 3以及下錐體25所組成，其內(nèi)部設(shè)有耐火材料襯里22。
請(qǐng)參閱圖4所示，從圖中可以看出蛇形換熱器24中熱風(fēng)的走向，預(yù)熱風(fēng)從預(yù)熱風(fēng)進(jìn)口27進(jìn)入蛇形換熱器24，蛇形換熱器24進(jìn)一步加熱的熱風(fēng)通過(guò)熱風(fēng)出口27與熱風(fēng)管道5相接。
以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明還可以采用其它結(jié)構(gòu)，如不采用煙囪換熱器2預(yù)熱沖天爐鼓風(fēng)、而只使用燃燒換熱器4也可將沖天爐鼓風(fēng)加熱到很高溫度；不采用曲線爐膛16而采用簡(jiǎn)單直線爐膛；不采用多排風(fēng)口17而采用單排風(fēng)口；不采用普通爐襯材料，而采用水冷薄爐襯或無(wú)爐襯技術(shù)均可實(shí)現(xiàn)。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直燃式熱風(fēng)沖天爐，其包括有熱風(fēng)管道、爐膛、預(yù)熱段(7)、風(fēng)箱段(8)、前爐(9)、加料機(jī)(10)、加料口(11)，其特征在于還包括煙囪換熱器(2)，其設(shè)置在燃燒換熱器(4)的上方、燃燒換熱器(4)，經(jīng)過(guò)煙囪換熱器(2)預(yù)熱的沖天爐鼓風(fēng)，通過(guò)預(yù)熱風(fēng)管道(3)進(jìn)入燃燒換熱器(4)；經(jīng)過(guò)燃燒換熱器(4)加熱的沖天爐鼓風(fēng)，通過(guò)熱風(fēng)管道(5)進(jìn)入風(fēng)箱段(8)，供沖天爐焦炭燃燒；由于沖天爐采用較小的有效高度，爐氣逸出爐料時(shí)仍保持較高的溫度，爐氣中的一氧化碳與加料口補(bǔ)充進(jìn)爐氣的空氣混合后，仍保持600℃以上的溫度，設(shè)置在加料口上方的燃燒換熱器中燃燒放出熱量；即在沖天爐內(nèi)，除了焦炭的燃燒外，同時(shí)存在爐氣中一氧化碳的燃燒，爐氣中一氧化碳燃燒產(chǎn)生的熱能通過(guò)加熱鼓風(fēng)反饋給焦碳燃燒，促進(jìn)焦碳燃燒，焦碳燃燒和爐氣燃燒的相互促進(jìn)，使燃燒溫度越來(lái)越高，爐內(nèi)還原性氣氛越來(lái)越強(qiáng)，最終達(dá)到?jīng)_天爐的最佳工作點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直燃式熱風(fēng)沖天爐，其特征在于所述燃燒換熱器(4)均設(shè)置在加料口(11)的上方，燃燒換熱器(4)與加料口(11)緊密結(jié)合在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直燃式熱風(fēng)沖天爐，其特征在于所述加料口(11)的尺寸根據(jù)爐氣中一氧化碳燃燒需要補(bǔ)充的空氣量而設(shè)計(jì)，一般為普通沖天爐加料口面積的1/3-1/5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直燃式熱風(fēng)沖天爐，其特征在于所述沖天爐有效高度與爐膛平均直徑的比為3.5-5。
全文摘要
本發(fā)明包括:火花捕集器、煙囪換熱器、預(yù)熱風(fēng)管道、燃燒換熱器、爐氣排出口、曲線爐膛、預(yù)熱段、風(fēng)箱段、前爐、加料口、鼓風(fēng)管道、膨多排風(fēng)口、冷風(fēng)風(fēng)箱、膨脹補(bǔ)償器、蛇形換熱器、預(yù)熱風(fēng)進(jìn)、出口等;由于沖天爐采用較小有效高度,爐氣逸出爐料時(shí)仍保持較高的溫度,在沖天爐內(nèi)除了焦炭的燃燒外,存在一氧化碳的燃燒,一氧化碳燃燒產(chǎn)生的熱能通過(guò)加熱鼓風(fēng)反饋給焦碳燃燒,焦碳燃燒和爐氣燃燒的相互促進(jìn),使燃燒溫度越來(lái)越高,爐內(nèi)還原性氣氛越來(lái)越強(qiáng),最終達(dá)到?jīng)_天爐的最佳工作點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22B11/02GK1306190SQ00100379
公開(kāi)日2001年8月1日 申請(qǐng)日期2000年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月19日
發(fā)明者陳金河, 張明 申請(qǐng)人:陳金河