專利名稱：熔化鋼鐵屑的新型沖天爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是涉及一種以全部鋼鐵切屑、鑄鐵切屑為爐料熔化優(yōu)質(zhì)鑄鐵的新型沖天爐-熔化鋼鐵屑的新型沖天爐。
在我國機械制造生產(chǎn)中每年都產(chǎn)生數(shù)百萬噸的付產(chǎn)品-鋼切屑、鐵切屑(以下簡稱鋼鐵屑)。目前我國在鋼鐵切屑的綜合利用方面僅限于金屬回收部門回收，制成熟壓塊(損失30-40%)或冷擠壓成團塊(只限于用薄鐵板及短期鋼屑)，返回鋼鐵廠重新熔煉，浪費了人力、物力、財力，而相當一部分無人回收或回收不及時白白地氧化掉了，即浪費了寶貴資源，又惡化了環(huán)境，使我國鑄行業(yè)所用的鐵料處于供應日趨緊張的局面。
眾所周知沖天爐是以生鐵、廢鋼、回爐料、鐵合金、焦炭、熔劑以一定配比為爐料的熔化設備。而全部松散鋼鐵切屑不能作為沖天爐料的主要原因有三原因之一是鋼鐵切屑的比表面積大(表面積與重量之比)，是一般塊料的30-50倍，而鐵原子與氧的親合力較強，易于氧化，而常規(guī)沖天的氣氛是氧化性的。在高溫下入爐的散狀鋼鐵切屑極易氧化，即使在爐料中以壓塊的形式配入10%，則使爐內(nèi)發(fā)生較嚴重的氧化，熔渣中的氧化亞鐵含鐵量高達8-10%，在惡化熔渣的同時，也使鐵水嚴重氧化。用這種鐵水澆注鑄件廢品率很高。至于用100%的松散鋼鐵屑為沖天爐鐵料熔制鐵水直接澆注鑄件則一直被鑄界視為禁區(qū)。原因之二是因為鋼鐵切屑成分與鑄鐵成分相差較大。而常規(guī)沖天爐不具備自然調(diào)整鑄鐵成分的能力，即使是用人工添加鐵合金的辦法來調(diào)整成分，但因合金元素與氧的親合力大，氧化燒損嚴重，尤以熔渣中氧化鐵含量高為甚。這是因為
即硅、錳是以置換鐵的方式進行氧化燒損。故在以鋼鐵屑為爐料，熔渣中的FeO含量高，用添加鐵合金來調(diào)整鑄鐵成分是不經(jīng)濟的。為此，目前在鑄造界僅限于使用壓塊的鋼鐵屑以10%配比配入沖天爐塊料中起到稀釋碳量的作用。原因之三是松散的鋼鐵切屑細小，相互之間的間隙小，入爐后造成爐氣上升困難，爐氣基本上是靠爐壁上升運行，在高溫氣流及鐵渣流的沖刷下爐壁浸蝕甚劇，每小時浸蝕20-30mm，爐子難以長期工作。
本發(fā)明的目的，就是提供一種能產(chǎn)生還原性或弱還原性氣氛的沖天爐，使鋼鐵切屑能作為爐料熔化優(yōu)質(zhì)鑄鐵的新型沖天爐。
本發(fā)明的解決方案如下根據(jù)熱力學計算，在高溫條件下，即溫度大于978K(為705℃)時，由于CO比CO2的自由能低，則CO為穩(wěn)定狀態(tài)，CO2為不穩(wěn)定狀態(tài)，故發(fā)生
CO2的還原反應，且該反應是以溫度大于978K為條件的，溫度越高，反應越快、越徹底。由此看來，提高爐氣溫度是獲得還原性氣氛的必要條件，而與之相適應的風口排數(shù)、風口比、風口角度、流量、風壓、焦炭的塊度、焦炭的反應性、焦比等則是充分條件，只有具備必要條件及充分條件才能獲得還原性氣氛。為提高爐氣溫度，我們在原有沖天爐加料口的上方煙囪(1)內(nèi)安裝一個二次燃燒熱交換器(2)，二次燃燒熱交換器(2)是由傳熱性能較好的材料制成，為使二次燃燒熱交換器(2)能盡可能有效地吸收廢氣中的物理熱和化學潛熱，二次燃燒熱交換器(2)可以制成螺旋管式、多管連接式或蛇行管式等多種形式，二次燃燒熱交換器(2)的一個進氣端接鼓風機，另一端通過風管(3)接到風箱(11)。為了使二次燃燒熱交換器(2)受熱均勻，并使爐氣中CO所帶有的化學潛能也得以放出，在煙囪(1)壁上開有二次燃燒進風口(12)，進風量由調(diào)節(jié)閥(13)調(diào)節(jié)，通過對進風量的適當調(diào)節(jié)，可使排出廢氣中的CO含量達到最低值，爐氣中大部分CO充分燃燒，放出其所含化學潛熱，用以預熱空氣。
為了縮小氧化區(qū)，擴大還原區(qū)，本發(fā)明采用單排風口操作，即將現(xiàn)有沖天爐兩排大間距的第二排風口(14)全部關閉，只采用一排風口(8)來操作，如果建造新沖天爐，則只設置一排風口(8)，而且排風口(8)用耐火材料自制成型，排風口(8)的形狀為里面小，外面大，而且下斜角度較大(20°)，風口比為5.5-6.5%，本排風口(8)的獨特之處在于靠自熔性來調(diào)節(jié)沖天爐的風口比為恒定，應用大風口比的目的是減緩風口區(qū)氣體流速，以利于風口區(qū)CO2的還原反應。
在還原性氣氛下，固體鋼鐵切屑發(fā)生兩種冶金反應，氧化鐵的還原反應和滲碳反應
鋼鐵屑的滲碳過程是由于活性大的鋼鐵屑(由于其比表面積大)與C0的接觸作用，促使其分解，CO分解析出活性很大的碳黑(煙碳)，吸附在鋼鐵切屑的表面上，同時不斷擴散溶入鐵中，使鐵滲碳。
隨著鋼、鐵屑的還原，滲碳及爐料的逐漸下降，溫度升高，在熔化帶熔化成液體，鐵滴下落，穿過高溫區(qū)(過熱帶)，被過熱到較高溫度，同時由于鐵滴與熾熱焦炭接觸良好，加速了滲碳反應，同時也進行著增硅反應。
增硅反應在過熱帶的高溫區(qū)內(nèi)，燃料灰分中的SiO2和浸蝕了的爐襯及爐料帶入的SiO2，先氣化后增硅。
經(jīng)對沖天爐作了上述改進發(fā)明所取得的還原性高溫爐氣，只是完成鋼鐵切屑的還原及熔化，使鐵水的過熱及合金元素的還原。但終因鋼鐵切屑的原始成分與鑄鐵成分相差較大，遠不能滿足鑄鐵的成分要求，還要作出了如下發(fā)明將常規(guī)沖天爐的爐缸加深，即為溶池式爐缸(10)，用于儲存鐵水及熔渣。去掉常規(guī)沖天爐的前爐，因排風口(8)下斜角度較大(20°)，使高溫區(qū)下移至爐缸。再者爐缸區(qū)的焦碳一直參與冶金反應，不斷消耗，因此上部高溫區(qū)的熾熱焦炭不斷下降給爐缸帶來了大量的熱源;還有穿過過熱區(qū)已獲得最高溫度的鐵滴和熔渣匯集于爐缸熔池區(qū)，都使爐缸保持高溫，致使爐缸具備了冶金反應的熱力學條件。由于爐缸溶池內(nèi)充滿了焦炭、鐵水及熔渣，且三者的接觸條件相當充分，在滲碳的同時進行著決定鐵水最終成分的多種冶金反應，通過對爐渣各組元素含量的控制，可調(diào)節(jié)合金元素在鐵水中的含量。
采取以上措施后，出現(xiàn)的問題是爐襯浸蝕加劇，使常規(guī)沖天爐無法長期工作，要解決這個問題，使爐襯能長時間工作，以滿足生產(chǎn)需要，本發(fā)明將常規(guī)沖天爐爐體式風箱改為分離式風箱(11)，風箱(11)內(nèi)壁與爐體外壁有間隙，在爐體(7)的頂部設置有雨淋器(4)，雨淋器(4)繞爐體(1)的外壁呈環(huán)形狀，在環(huán)形雨淋器(4)上開有多個噴淋孔，其噴淋孔軸線與爐體(7)外壁成45°夾角，工作時，使整個爐體(7)的外壁形成水簾，冷卻水帶走爐壁散發(fā)出的熱量，在冷卻水溫保持基本恒定(變化不大)時，爐壁保持一定厚度。在爐缸區(qū)的上部設置一環(huán)形水套(9)，消除熱氣流、高溫鐵、渣液股流對爐缸區(qū)爐襯的沖刷和浸蝕作用，使爐子能長時間工作，在本廠生產(chǎn)表明，上述結(jié)構(gòu)性能良好，在熔化時間為10小時，熔化帶爐襯厚度由原來的170mm侵蝕到120mm，滿足了生產(chǎn)需要。
本發(fā)明的優(yōu)點是可在現(xiàn)有沖天爐基礎上改裝，改裝后的沖天爐能產(chǎn)生還原性或弱還原性氣氛，以避免松散的鋼鐵屑在爐內(nèi)的氧化或使已經(jīng)微氧化了的鋼鐵切屑得以還原，用100%松散鋼鐵切屑熔化出優(yōu)質(zhì)鐵水可直接用于生產(chǎn)球墨鑄鐵及灰口鑄鐵，在熔化中是通過調(diào)整爐渣性質(zhì)來調(diào)整鑄鐵成分，節(jié)省了鐵合金，而且由于本發(fā)明具有還原性溶煉特征，氧化物含量低，鐵水質(zhì)量優(yōu)，鑄件廢品率低，鋼鐵屑回收率高(＞95%)，成功地解決了常規(guī)沖天爐不能以100%松散鋼鐵屑料作爐料的難題。
本發(fā)明的實施例如附圖所示附

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是二次燃燒熱交換器(2)的結(jié)構(gòu)簡圖。
附圖3是附圖2的A-A剖視圖。
在本發(fā)明中，二次燃燒熱交換器(2)是采用多管連接式，管子是采用鋼管。在煙囪(1)壁上開的二次燃燒送風口(12)是沿煙囪(1)的切線開孔，使二次燃燒送風口(12)形成切線進風，造成火焰均勻性燃燒，增加了熱交換器的受熱均勻性。
排風口(8)是采用高鉛耐火材料，自制成型，在修砌爐襯時放入，風口比為5.9%。
在本實施例中，將常規(guī)沖天爐原來深度為350mm的爐缸加深至750mm，即為本發(fā)明的熔池式爐缸(10)。
為了在熔化時增加風中氧化的濃度，以進一步提高過熱區(qū)溫度，本發(fā)明在風箱(11)進風口處設置一個富氧送風閥(5)，富氧送風閥(5)的尺寸與輸氧管的尺寸相配套，富氧送風采用與否，可根據(jù)生產(chǎn)需要來決定。
采用本發(fā)明對常規(guī)沖天爐作出改進，并不會影響常規(guī)沖天爐原有的用途。
本發(fā)明的生產(chǎn)實施例如下生產(chǎn)實例之一用100%松散鋼、鐵切屑熔化QT600-3牌號原鐵水生產(chǎn)550型矯直機合金球墨鑄鐵矯直輥及其它球鑄件。
1、爐料配比鋼鐵屑批重(Kg)批焦(Kg)石灰石(Kg)100%2503010注鋼鐵屑為松散狀態(tài)，銹蝕較輕。鋼屑約各為50%。
2、鐵水成分及球化處理
鐵水溫度1500～1550℃，光學高溫計出鐵槽測溫。爐渣為堿性，堿度為1.37，該渣具有良好的脫硫效果，硅略增。
球化處理球化劑為包頭市生產(chǎn)的4＃稀土鎂合金，加入量1.3%，孕育劑為75＃硅鐵，加入量為0.8%，球化處理二次出水時在出鐵槽沖入0.7%電解銅、0.03%錫。
3、合金球鐵化學成分、金相及機械性能
化學成分%金相組織球化等級為一級、石墨大小為一級、基體組織為90-95%球光體。
機械性能抗拉強度бb＝689.5N/mm2(69Kgf/mm2)硬度HB190～210鑄件經(jīng)激光表面硬化處理硬度為Hv964.8用此法生產(chǎn)的球墨鑄鐵，機加工表明加工性能良好，對118件矯直輥綜合廢品率統(tǒng)計，廢品率為1.69%，廢品率明顯低于用常規(guī)沖天爐生產(chǎn)的同類產(chǎn)品。
生產(chǎn)實例之二用100%松散鋼鐵屑配料熔化HT200牌號鐵水生產(chǎn)斗式提升機大滑輪等灰鐵鑄件。
1、爐料配比鋼鐵屑(各為50%)批重(Kg)批焦石灰石100%2503052、化學成分及變化率、爐渣成分
從表中可知，爐渣呈酸性，堿度為0.6，增硅性能優(yōu)于堿性渣。
3、機械性能抗拉強度бb 216.5N/mm2(22Kgf/mm2)硬度HB170～190用此法生產(chǎn)的灰口鑄鐵機加工性能良好，鑄件氣孔及渣眼缺陷明顯減少，鑄件綜合廢品率明顯低于用常規(guī)沖天爐生產(chǎn)的同類產(chǎn)品。
結(jié)論本發(fā)明的新型沖天爐，用100%松散鋼鐵切屑熔化出優(yōu)質(zhì)鐵水可直接用于生產(chǎn)球墨鑄鐵及灰品鑄鐵。鑄鐵的各項理化指標均達到GB5675-85、ISO-1083的規(guī)定。在熔化中通過調(diào)整爐渣性質(zhì)來調(diào)整鑄鐵成分，節(jié)省了鐵合金。由于本新型沖天爐具有還原熔煉特征，氧化物含量低，鐵水質(zhì)量優(yōu)，鑄件廢品率降低，鋼鐵屑回收率高(＞95%)。成功解決了常規(guī)沖天爐不能以100%松散鋼鐵屑料作爐料的難題。
本發(fā)明經(jīng)濟效益顯著，經(jīng)粗略計算，熔化每噸鐵水比常規(guī)沖天爐(用生鐵作爐料)降低生產(chǎn)成本390元，不僅能大大降低生產(chǎn)成本，又顯示出顯著的社會經(jīng)濟效益，綜合利用了國家的寶貴資源，使鋼鐵屑潛在的經(jīng)濟值得以發(fā)揮。以我國1985年鑄鐵產(chǎn)量730萬噸計算，若采用本發(fā)明，僅此項每年可為國家節(jié)約資金約28.5億元。
權(quán)利要求
1.一種熔化鋼鐵屑的新型沖天爐，是對常規(guī)沖天爐進行改進，其特征在于a煙囪(1)安裝一個由傳熱性能好的材料制成的二次燃燒熱交換器(2)，以吸收廢氣中的物理熱和化學潛熱；b在爐膛(6)上只設置一排風口(8)，以擴大還原區(qū)；c將常規(guī)沖天爐的爐缸加深為溶池式爐缸(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖天爐，其特征在于爐體(1)頂部的外壁設置有雨淋器(4)，帶走爐壁散發(fā)的熱量;在爐缸區(qū)的上部設置水套(9)，水套(9)在爐缸區(qū)呈環(huán)形，以使爐子能長期工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的沖天爐，其特征在于風口(8)的形狀為里面小、外面大，風口比為5.5-6.5%，靠自熔性來調(diào)節(jié)風口比為恒定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的沖天爐，其特征在于風口(8)的風口比為5.9%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的沖天爐，其特征在于煙囪(1)上開有二次燃燒送風口(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的沖天爐，其特征在于二次燃燒送風口(12)是開在煙囪的切線方向，形成切線進風。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的沖天爐，其特征在于二次燃燒熱交換器(2)是采用多管連接式，還可采用蛇行管式、螺旋管式，以利于吸熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的沖天爐，其特征在于風箱(11)是采用與爐體分離方式，風箱(11)內(nèi)壁與爐體外壁有間隙。
全文摘要
一種熔化鋼鐵屑的新型沖天爐，是在常規(guī)沖天爐基礎上作改進，改進措施是在煙囪(1)內(nèi)安裝有二次燃燒熱交換器(2)，在爐膛(6)上只設置一排風口(8)，其風口比大，靠自熔性來調(diào)節(jié)風口比為恒定，將常規(guī)沖天爐的爐缸加深，在爐體(1)頂部的外壁設置有雨淋器(4)，在爐缸區(qū)的上部設置水套(9)，在煙囪(1)上開有二次燃燒送風口(12)，采取以上措施后，使用100％松散鋼鐵切屑熔化出優(yōu)質(zhì)鐵水可直接用于生產(chǎn)球墨鑄鐵及灰口鑄鐵。
文檔編號F27B1/00GK1046596SQ8910267
公開日1990年10月31日 申請日期1989年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月22日
發(fā)明者李道俊, 陳智強, 黃一遠, 羅俊 申請人:廣西柳州有色冶金機械廠