5噸冷風(fēng)沖天爐熔煉過(guò)程成分控制

鐘曉斌，史傳岳，顧厚軍，張 杰

（海安縣萬(wàn)力鑄造有限公司，江蘇海安 226600）

沖天爐熔煉具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、長(zhǎng)壽與操作便利等優(yōu)點(diǎn)，特別是沖天爐的冶金條件較好。但是沖天爐熔煉過(guò)程中，爐況變化非常復(fù)雜，鐵液的化學(xué)成分、溫度變化較大，這對(duì)鑄件的金相組織和力學(xué)性能有很大的影響。因此研究沖天爐熔煉過(guò)程的參數(shù)變化，對(duì)于控制鐵液成分和溫度，獲得穩(wěn)定鑄件機(jī)械性能具有重要意義。

1 沖天爐基本結(jié)構(gòu)

我公司配有一臺(tái)5 t冷風(fēng)沖天爐，風(fēng)機(jī)型號(hào)為HTD85-22，風(fēng)量為 85 m3/min（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），風(fēng)壓24.5 Pa，軸功率43.7 kW。電機(jī)功率55 kW。送風(fēng)系統(tǒng)安裝有CFX-1風(fēng)量風(fēng)壓檢測(cè)儀，隨時(shí)檢測(cè)風(fēng)量風(fēng)壓的變化。沖天爐基本結(jié)構(gòu)（圖1）：爐膛直徑900 mm，2層排風(fēng)口（直徑分別為46 mm、30 mm），風(fēng)口排距300 mm。

圖1 沖天爐基本結(jié)構(gòu)

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(yīng)性、氣孔率、揮發(fā)物以及焦炭的塊度和硬度。

焦塊過(guò)小，會(huì)直接影響焦炭的燃燒，使氧化帶過(guò)分縮短，擴(kuò)大了還原區(qū)。焦炭塊度越小，單位質(zhì)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(yīng)加劇，導(dǎo)致廢氣潛熱損失增加。另外，過(guò)小的焦炭還會(huì)增加送風(fēng)阻力，使風(fēng)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(yīng)，同時(shí)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(shì)，但是過(guò)大的焦炭塊度將使燃燒不集中，爐氣上升緩慢，風(fēng)口附近冷區(qū)加大，反而造成鐵液溫度下降。我們統(tǒng)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(shù)據(jù),底焦塊度100～150 mm，層焦塊度60～120 mm，同時(shí)要求焦炭塊度要均勻。

圖2 焦炭塊度對(duì)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(duì)鐵液成分穩(wěn)定有顯著地影響。結(jié)合我司生產(chǎn)鑄件要求的化學(xué)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(zhǎng)15 cm，寬度10 cm，質(zhì)量20 kg左右，且要求生鐵表面潔凈，無(wú)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(diào)節(jié)鐵液的含碳量，既可以要求它在保證能調(diào)節(jié)好C的前提下，其他化學(xué)成分不能對(duì)鐵液產(chǎn)生明顯影響。其成分見表3。

表3 廢鋼的化學(xué)成分

根據(jù)沖天爐熔化率以及加料口爐膛內(nèi)徑，廢鋼加工后應(yīng)滿足每塊質(zhì)量為10 kg左右，長(zhǎng)度不大于1/3加料口爐膛內(nèi)徑，廢鋼不應(yīng)過(guò)薄，以防氧化，表面沒(méi)有嚴(yán)重銹蝕和油污，無(wú)泥沙，無(wú)危險(xiǎn)品（如彈殼等）。

（4）回爐鐵：我司產(chǎn)品鑄態(tài)狀態(tài)下一般都為QT500-7，回爐鐵成分穩(wěn)定，固只需考慮潔凈程度以及去除砂芯?；貭t鐵成分見表4。

表4 回爐鐵的化學(xué)成分

根據(jù)沖天爐熔化率，確定回爐鐵每塊質(zhì)量為25 kg左右，最大塊度小于加料口內(nèi)徑1/3，鐵屑要求打包后使用，每塊質(zhì)量10 kg左右。同時(shí)要求廢料中砂芯應(yīng)清理干凈，嚴(yán)重的表面粘砂也應(yīng)清理干凈，否則即妨礙爐料的預(yù)熱，又增加渣量。

（5）溶劑（石子）：溶劑的作用為造渣，稀釋爐渣，調(diào)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(shí)要求溶劑質(zhì)地堅(jiān)硬，斷口純凈，無(wú)砂子和粘土夾層。

（6）合金：球化劑的加入量根據(jù)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(guān)系見表5。孕育劑（75硅鐵）塊度為10～15 mm，表面無(wú)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(wú)裂紋。

表5 原鐵液含硫量與球化劑加入量的關(guān)系

3 沖天爐熔煉過(guò)程中影響鐵液化學(xué)成分穩(wěn)定的主要因素

（1）原材料的化學(xué)成分、塊度應(yīng)符合生產(chǎn)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(shí)度，保證爐型穩(wěn)定。

（3）根據(jù)生產(chǎn)條件，調(diào)節(jié)供風(fēng)量和供風(fēng)強(qiáng)度，得到最優(yōu)方案，使沖天爐在最佳工藝點(diǎn)處工作。

（4）采用合理的底焦高度、配料計(jì)算并加補(bǔ)焦，維持底焦高度穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)定鐵液成分的效果。

（5）備料時(shí)合理選用焦炭，確定工藝參數(shù)時(shí)采用最惠送風(fēng)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(wěn)定鐵液成分。

4 操作步驟和過(guò)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(bǔ)爐襯相比，可提高其緊實(shí)度，保證爐型穩(wěn)定，從而保證爐溫合適，進(jìn)而使鐵液化學(xué)成分穩(wěn)定。

（2）確定修爐尺寸，下風(fēng)眼處爐膛直徑為680 mm，上風(fēng)眼處爐膛直徑為700 mm，熔化帶處爐膛直徑為900 mm，上風(fēng)眼直徑為35 mm，下斜5°，下風(fēng)眼直徑為45 mm，上斜3°。爐底用粘土砂填，與補(bǔ)爐壁交接處，修成R45～50 mm的圓角。爐底以過(guò)橋?yàn)榛鶞?zhǔn)，厚度大于 150 mm，爐底斜度為 5°～6°。爐壁、爐底與過(guò)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?jí)褐频蔫F球15 kg）135 kg。熔劑12 kg左右。

（4）點(diǎn)火，點(diǎn)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(lái)調(diào)節(jié)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(huán)即可。若底焦高度隨熔化過(guò)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(jìn)前爐時(shí)，關(guān)閉觀察孔，打開出渣口，以提高前幾包鐵液溫度。控制好風(fēng)量、風(fēng)壓，保證爐子在最佳工藝點(diǎn)附近運(yùn)行。風(fēng)量風(fēng)壓控制見圖3。除放鐵液時(shí)防止前爐壓力過(guò)大發(fā)生危險(xiǎn)，其余時(shí)間不可隨意停風(fēng)。每隔3～4包鐵液放渣一次。并時(shí)常通風(fēng)眼，防止送風(fēng)不足。

圖3 熔煉時(shí)間與風(fēng)量風(fēng)壓的關(guān)系

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

表6 原鐵液的化學(xué)成分 %

5 結(jié)論

選擇合理的原材料化學(xué)成分和塊度，提高爐襯緊實(shí)度，穩(wěn)定爐型，采用合理的焦炭和底焦高度，調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)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(wěn)定的鐵液成分，從而得到優(yōu)質(zhì)的鑄件。

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