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15t沖天爐的應用

2011-10-21     发布者:泊头文恒快乐飞艇彩票設備厂

目前,国外冲天炉发展已趋向“大型化、热风、水冷无炉衬连续熔炼”。我国改革开放以来,汽车和铸管行业得到了飞跃的发展,对冲天炉熔炼提出了“连续供应熔化量大的高温高品质铁液”的要求。但由于国外冲天炉热风系统复杂,对材质要求高,一次性投资大、维护保养费用较高等问题,从而限制了在我国的推广应用。所以在调查研究了我国快乐飞艇彩票企业实际情况后,江阴市快乐飞艇彩票設備厂推出了“外水冷无炉衬冷风大双冲天炉”系列(亦可同电炉双联),可熔化出高温高品质铁液。 
   一、15t/h外水冷無爐襯冷風大雙沖天爐的測量數據
1、結構參數
   風口區爐膛直徑      Φ1700mm;
   熔化帶爐膛直徑      Φ1600mm;
   有效高度              8550mm;
   爐缸高度               650mm;
   爐底厚度               600mm;
   風口比                    5%;
   風口個數                 2×6;
   風口排距               800mm。
2、工藝參數
   底焦高度              2400mm;
   風    量        180~200m3/min;
   焦炭固定炭           88%~90%;
   層焦耗量                  12%;
3、鐵液平均溫度
   采用改良焦(固定炭含量在88%~90%),連續測溫8次,鐵液溫度分別爲:1500℃、1490℃、1485℃、1490℃、1490℃、1490℃、1492℃、1492℃,鐵液平均溫度1491℃。
4、平均熔化速度
   沖天爐正常工作時,平均熔化率爲15.2t/h。
5、氧化鐵及冷卻水溫度差
   渣中FeO含量                3.18%
   風口冷卻水*大溫差            6℃
   爐體冷卻水*大溫差           28℃
6、爐氣分析
   取樣6次,側得爐氣中CO2、O2、CO的氣體含量的平均值分別爲12.5%、0.3%、12.6%。

二、15t/h水冷無爐襯冷風大雙沖天爐獲得高溫鐵液的分析 
    此爐在焦耗12%~13%,焦炭固定炭88%~90%的條件下,已獲得出鐵槽鐵液平均溫度爲1450℃~1490℃,鐵液*高溫度爲1550℃。要獲得高溫鐵液必須采取措施去強化沖天爐底焦的燃燒。
1、 選用高品質焦炭或快乐飞艇彩票焦
沖天爐熔煉選用國內高品質焦炭或快乐飞艇彩票焦是獲得高溫高品質鐵液的有效措施。國外30年代
初就開始使用快乐飞艇彩票焦,我國在80年代才開始應用快乐飞艇彩票焦。同冶金焦相比,它的主要特點是:固定碳高、灰分低、硫低、強度高、塊度大而均勻。山東文登曲軸廠選用山西改良焦,其組成與快乐飞艇彩票焦、北京焦對比情況見表1。
                                        表1    改良焦冶金焦快乐飞艇彩票焦对比表
序号  焦炭类别       固定碳    灰分   硫     挥发分   水分   炉内*高温度                         
                 (%)       (%)    (%)      (%)    (%)     平均值/℃ 
1      汾阳益华      88.07    10.65  0.52    1.28    1.34    —— 
2      山西汾阳      90.75    8.51   0.62    0.74    ——     ——  
3      镇江特级      91.81    7.68    0.61    0.51    ——   1782
4      镇江一级      89.65    9.87    0.51    0.48    ——   —— 
5      薛城二级      87.99    10.98   0.5      1.03    ——   1780
6      北京普通焦*    85.3    14.15   0.73    0.55    ——   1718
*冶金焦
依常用的發熱量關系簡化計算:
山西汾陽改良焦Q1=90.75×338.58=30726.14KJ/Kg;
鎮江特級快乐飞艇彩票焦Q2=91.81×338.58=31085.03KJ/Kg;
北京普通焦    Q3=85.30×338.58=28880.87KJ/Kg;
    可见所用山西汾阳改良焦比北京普通焦发热量高出1845.27KJ/Kg,而与特级快乐飞艇彩票焦的发热量相近似。焦炭固定碳含量增加,底焦在单位时间里所燃烧碳量增加,而导致炉内温度提高。如以炉内高温区*高温度(平均)表示,山西改良焦比北京普通焦将提高炉温60℃以上。焦炭固定碳含量对冲天炉炉内温度分布影响如图1所示。
                                                  
  
                         爐內溫度分布/℃ 
                       图1  炉内温度分布曲线
                 1.镇江焦1#    2. 薛城焦   3.北京焦
    隨著焦炭灰分的降低,其爐溫隨之升高。焦炭灰分與鐵液溫度的關系爲直線關系,灰分每減少1%,鐵液溫度提高10℃左右(見圖2)。

 
  
                        圖2  焦炭灰分與鐵液溫度的關系
     所以对同一个冲天炉在相同的熔炼条件下,采用高品质焦炭或快乐飞艇彩票焦代替冶金焦后,由于焦炭灰分从12%~15%降至8%~12%,则铁液温度可提高30~70℃。
選用高品質焦炭或快乐飞艇彩票焦。減少了渣量和渣對熔煉過程的不利影響。焦灰分少,會加快碳的燃燒速度,強化底焦燃燒;渣量減少有利于鐵液同焦炭之間的傳導傳熱,加強了兩者的熱交換。此外,快乐飞艇彩票焦強度較高,塊度大而均勻、含硫低都有利于熔煉高溫高品質鐵液。
2、采用大排距雙層送風系統
    大排距双层送风系统的冲天炉简称大双冲天炉,1975年一机部冲天炉测试组公布了全
國典型沖天爐測試結果(1),認爲從沖天爐熔煉獲得高溫鐵液的角度看,大雙沖天爐高于多排小風口沖天爐。
    大双冲天炉的底焦试验表明。其底焦燃烧过程仍然是碳燃烧的4个基本反应,其不同之处在于如何组织燃烧。由于双排风口送风,排距拉长,在底焦中必然形成两个独立的燃烧区,每个燃烧区都形成自己的氧化带和还原带。这一现象可从炉衬侵蚀的状态得到证明。一排风口送风所形成还原带产生的CO,当上升到二排风口(即二排风口所形成的氧化带)遇氧再度燃烧。所以岂炉内温度沿炉身方向的分布特点与一般冲天炉不同,它具有两个温度峰值。随着上排风口进风量增加,底焦上部的炉温提高,从而使熔化带的位置上移,使铁液过热路程增加。参见图3。

  
  
                 图3   大排距冲天炉炉壁处炉温炉气成分图
    大双冲天炉的风口排数较少,相对讲送风是比较集中的,所以炉内温度较高。影响铁液过热的两个主要因素,炉内*高温度和铁液过热所流过的距离,大双冲天炉两者兼而有之,易获得较高的铁液温度,一般铁液温度可提高30~50℃。如采用快乐飞艇彩票焦,则效果更好。
3、選用插入式風口
    大型冲天炉要获得高温铁液,还要解决底焦燃烧沿横截面燃烧均匀的问题,即送风的深度及均匀性的问题。见图4。 
 
                           图4  大炉径冲天炉炉气成分变化
    冲天炉送风理论研究表明,送风的穿透深度是同炉子内径与焦炭块度比值相关联的。见图5。 
 
                           图5  气流速度沿径向分布
    当焦炭块度与炉子内径之比d/D=1/8.5时,风速沿炉子径向保持不变的分布状态,即送风可穿透炉子中心;当d/D=1/15时,由于焦炭块度小而阻力增加,风速沿径向减弱,迫使炉子中心出现了弱风区(3)。
    文登曲轴有限公司采用改良焦,焦炭块度较大,多数为150mm~200mm,和插入式风口配合,其d/D=(150~200)/1500=1/10~1/7.5。保证了侧送风在底焦内的深度及均匀分布,使底焦能均匀强化燃烧。所以大中型冲天炉应用水冷插入式风口和适合选择焦炭块度是强化底焦均匀燃烧的重要保证。
4、控制合理的風與焦配比
    冲天炉熔炼控制合理的风与焦配比是冲天炉正常操作的基本条件。对冲天炉来说,在
結構、焦炭質量和金屬爐料狀況一定的情況下,其爐子的熔化率和鐵液溫度主要取決于送風量和焦耗兩的變動。其規律可用沖天爐網狀圖來表示,見圖6(4)。 
 
                   图6  冲天炉网状图 
    從圖6可見,當焦耗一定時,隨著風量增加,爐子生産率增加,而鐵液溫度開始時隨風量的增加而升高,當達到*高值後隨風量的繼續增加而下降。獲得的鐵液溫度*高值這一點就是風與焦配合的*佳點。
熔化過程中,實際入爐的風量可根據碳燃燒化學反應式計算,如下式:
          Q=74.17×A×K×C×(1+ηv)
             式中      Q——送风量        Hm3/min
                        A——熔化率             t/h
                        K——层焦耗              %
                        C——固定碳含量          %
                        ηv——燃烧系数            %
15t/h沖天爐檢測數據:
A=15.2t/h、K=12%、C=89.41%、ηv=50%,
則此爐實際進風量爲:Q=74.17×15.2×12%×89.14%×1.5=181.4m3/min
流量孔板檢測風量平均值爲201.6 m3/min。
漏風損失爲(201.6-181.4)/201.6×100%=10%
    15t/h冲天炉在焦耗量12%、送风量181.4m3/min条件下,其实际检测炉子熔化率为15.2t/h,平均出铁槽铁液温度为1491℃?杉渌头缭*佳值范围之内。

三、15t/h外水冷無爐襯冷風大雙沖天爐熱平衡
1、焦炭燃燒發熱
Q’焦=8100×4.18×C=8100×4.18×89.41%=30272.44KJ/Kg焦
Q焦=1000×12%×30272.44=3632691.7KJ/t鐵
2、元素氧化發熱(忽略鐵料中雜物)
Fe、Si、Mn氧化的熱效應分析分別爲:
Fe+ O2=FeO+4915.68KJ/Kg(Fe)
Si+O2=SiO2+28215.0KJ/Kg(Si)
Mn+ O2=MnO+6905.36KJ/Kg(Mn)
元素燒損情況如表2
        表2   元素烧损(%)
              C       Si       Mn        P         S       Fe
配料成分    3.13    1.25    0.36    <0.05    <0.08    95.13
元素变化    +28     -20     -25       --           --        -0.2
元素燒損發熱:
Q(Fe)=1000×95.13%×0.2%×4915.68=9352.6KJ/t
Q(Si)=1000×1.25%×20%×28215.0=70537.5KJ/t
Q(Mn)=1000×0.36%×25%×6905.36=6214.8KJ/t
3、爐渣生成熱
    炉渣生成热根据国内四种冲天炉炉型的热平衡状况,估算其为总热收入的1.0%。
4、鐵料加熱熔化和過熱所吸收的熱
      Q铁=G铁[C1(t2-t1)+C2+C3(t3-t2)]
式中  G鐵——熔化金屬料重,                        Kg
       C1——铸铁加热至熔点的平均热容量,   KJ/(Kg•℃)
       C2——铸铁的熔化潜热,                    KJ/(Kg•℃)
       C3——铸铁熔化后的平均热容量,         KJ/(Kg•℃)
       t1——室温,                                            ℃
       t2——铸铁熔点,                                       ℃
       t3——出炉的铁液温度,                              ℃
Q鐵=1000×[0.16×4.18×(1130-15)+62×4.18+0.218×4.18×(1491-1130)]
    =1333829.6KJ/t
5、爐氣帶走化學熱
    炉气成分:CO2为12.5%、O2为0.3%、CO为12.6%。
    炉气的燃烧系数:
         ηv= ×100%
            =12.5/25.1×100%
            =50%
1Kg純碳燃燒産物量爲(5.378+3.511ηv)m3/Kg•碳(4)。燃燒産物量:
      V産=1000×12%×89.41%×(5.378+3.511×0.5)
          =765.37m3/t鐵
爐氣所帶走的化學熱損失:
      Q化=3098VCO=3098×765.37×12.6%=1248821KJ/t鐵
6、爐氣所帶走的物理熱
爐氣成分及其平均熱容量如表3所示
爐氣成分           12.5%CO2    12.6%CO    0.3%O2    74.6%N2
平均热容量            1.802          1.304          1.333         1.304
(KJ•m-3•℃-1)    
爐氣平均熱容量:
     C氣=[(12.5×1.802)]+(12.6×1.304)+(0.3×1.333)+(74.6×1.304)]/100
         =1.363KJ/m3•℃
爐氣所帶走的物理熱爲:
    Q物=765.37×1.363×(251-15)=246137.2KJ/t鐵
7、冷卻水帶走的熱量
水冷風口的水消耗量爲120m3/h;水冷爐壁水消耗量爲28.3 m3/h。
書冷風口的水帶走熱爲:
Q’水=120/15.2×1000×4.18×6=197998.2KJ/t鐵
Q”水=28.13/15.2×1000×4.18×28=219711.8KJ/t鐵
Q水= Q’水+ Q”水=415910KJ/t鐵
其它支出,列入“其它支出項”。
15t/h沖天爐熱平衡表
A.    熱量收入
①焦炭燃烧发热        3632691.7KJ/t           占 96.7%
②元素烧损发热            86104.9KJ/t           占 2.3%
③炉渣生成热                37563.4KJ/t          占 1.0%
    总热收入                 3756360KJ/t          100%
B.    熱量支出
④铁料熔化过热吸收热  1333829.6KJ/t          占35.5%
⑤炉气带走化学热        1248821.0KJ/t          占33.2%
⑥炉气带走物理热           246137.2KJ/t         占 6.6%
⑦冷却水带走热             415910.0KJ/t          占11.1%
⑧其它热损失                511662.2KJ/t          占13.6%
   总支出                     3756360.0KJ/t         100%
沖天爐熱效率:
     η熔煉=Q鐵/Q總收入×100%=35.5%
15t/h沖天爐同國外沖天爐熱平衡比較(見圖7、8(4))。 
  
 
                  图7  15t/h水冷冷风冲天炉热平衡图 

            图8  冲天炉(φ650mm)冷风热平衡图及热平衡图及热效率比较(德国M.Bader)
四、結論
(1)15t/h外水冷無爐襯冷風大雙沖天爐熔煉能夠獲得高溫鐵液,其主要原因是采用快乐飞艇彩票焦或高品質改良焦。理論和實踐都證明,在相同的熔煉條件下,由于快乐飞艇彩票焦固定碳含量高、灰分低、低含硫量與強度高,所以應用快乐飞艇彩票焦等能把我國沖天爐熔煉高溫高品質鐵液的技術提高到一個新的水平。
(2)15t/h外水冷無爐襯冷風大雙沖天爐熔煉能夠獲得高溫鐵液,還由于應用大排距、雙層送風、小風口送風,故強化底焦擴散燃燒,強化了鐵液過熱交換。
(3)15t/h外水冷無爐襯冷風大雙沖天爐采用了水冷插入式風口,適當選擇焦炭塊度,確保焦塊與爐徑(風口平面)的比例爲1:8.6~10,強化了爐膛中心部位的底焦燃燒,爲獲得高溫鐵液創造了條件。
(4)控制合理的風與焦配比,選擇*佳熔煉工藝是前三項強化底焦燃燒、強化熱交換的基礎。是沖天爐熔煉能獲得高溫高品質鐵液*基本條件。
(5)15t/h外水冷無爐襯冷風大雙沖天爐冷卻水所帶走的熱損失爲11%,略高于一般沖天爐的爐壁傳熱損失和爐體的蓄熱損失(10%左右),即能保持沖天爐連續熔煉,又不影響沖天爐的正常熔化,可連續獲得高溫高品質鐵液。
(6)15t/h外水冷無爐襯冷風大雙沖天爐同其它冷風沖天爐一樣,存在爐氣化學熱損失的問題。

 



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